(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210943664.6 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 浙江唯象材料科技有限公司 地址 315000 浙江省宁波市 鄞州区科信大 厦2幢3号3 01-28 (72)发明人 于之刚　蔡鹏程　栾俊　罗群　 周国治　 (74)专利代理 机构 深圳市能闻知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44717 专利代理师 宋灵剑 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) C22C 30/02(2006.01) G06F 113/26(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的 设计方法 (57)摘要 本发明公开一种纳米L12相沉淀强化FCC基 高熵合金设计方法， 通过计算与相形成有关的热 物理化学参数 ‑α预测基体相形成的方法， 并结 合CALPHAD计算为 设计沉淀强化型高熵合金提供 计算辅助。 方法包括根据不同元素对相形成的影 响， 从热力学数据库中定义出 组成基体相及析出 相合适的元素。 选择成分种类数量不同的136个 合金， 将其分为： 单相FCC、 单相BCC、 FCC+BCC以及 SS+IM， 运用|ΔHmix|、 ΔSmix、 Tmelt、 VEC这四个参 数组合结合原子尺寸差来预测FCC相的形成， 得 出FCC基体相形成的参数范围， 并据此调整合适 的元素配比。 再采用合金设计的 “加法”原则， 加 入Al、 Ti、 Cu等L12相形成元素来引入第二相， 通 过CALPHAD计算结合实验 来优化添加合金元素的 含量。 最终制备出具有高密度纳米L12相沉淀强 化的FCC基高熵合金。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115295100 A 2022.11.04 CN 115295100 A 1.一种纳米L12相强化的FCC基高熵合金， 其特征在于， 在面心立方结构的高熵合金中 合金化掺入Al、 Ti、 Cu等L12相形成元素， 得到纳米结构类似于L12相(A3B)的形式存在的L12 相强化高熵合金。 2.根据权利 要求1所述的纳米L12相强化 高熵合金， 其特征在于， 所述的纳米结构L12相 (A3B)类似于L12相(N i3Al)的形式存在， 其中亚 点阵A、 B具有 多种元素占据。 3.一种如权利 要求1‑2任一项所述的一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方 法， 其特征在于： 该 方法包括如下步骤： (1)根据不同元素对相形成的影响， 从热力学数据库中定义出组成基体相及析出相合 适的元素； (2)通过对成分种类数量不同的136个合金的分析计算， 运用|ΔHmix|、 ΔSmix、 Tmelt、 VEC 这四个参数通过一定的组合设计出参数α， 组合结合原子尺寸差来预测FCC相的形成， 得出 FCC基体相形成的参数 范围， 并据此调整合 适的元素配比； (3)再对步骤(2)中获得的FCC基体合金进行掺入Al、 Ti、 Cu等L12相形成元素的合金化 处理， 通过CALPHAD热力 学计算整体合金的平衡相图， 优化合金化元素的配比， 使得合金倾 向于形成FC C+L12两相结构； (4)通过实验 验证步骤(3)合金相位结果， 若不满足， 则返回步骤(1)。 4.根据权利要求3所述的一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法， 其特征 在于： 步骤(1)中所述的FCC基体形成元素包括： Fe、 Co、 Ni、 Mn、 Cr等3d过渡族元素； L12相形 成元素包括： Al、 Ti、 Nb、 Ta、 Cu。 5.根据权利要求3所述的一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法， 其特征 在于： 步骤(2)中所述的|ΔHmix|、 ΔSmix、 Tmelt、 VEC四个参数的组合方式是通过以下分析得 出： ΔHmix的计算值越负， 表示元素间结合力越好， 倾向于形成金属间化合物； 而ΔHmix的计 算值越正， 表 示元素越容易偏析， 具有 液态低混溶性， 所以|ΔHmix|越大， 则形成固溶体相越 困难， 故该项可视为FCC基体形成的阻力； VEC表示元素的价电子浓度值， 根据Hume ‑rothery 定律， 价电子数越高， 元素溶解度越小， 故该项可视为FCC基体形成的阻力； 而合金混合熵越 大， 自由能就越小， 则越容易形成固溶体， 故ΔSmix·Tmelt这一项可视为FCC基体形成的驱动 力。 6.根据权利要求3 ‑5任一项所述的一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方 法， 其特征在于： 所述 步骤(2)中所述的参数α， 其数 学表达式为： 7.根据权利要求3所述的一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法， 其特征 在于： 所述的FCC基体相形成元素的添加 含量为70％ ‑80％(at.％)； L12相形成元素的添加 含量为20％‑30％(at.％)。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115295100 A 2一种纳米L12相沉淀强化 FCC基高熵合金的设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于高熵合金技术领域， 具体涉及一种纳米L12相沉淀 强化FCC基高熵合金 的设计方法。 背景技术 [0002]传统的合金设计主要基于一种主要元素与少量添加的多种其他元素形成合金， 以 获得所需的性能， 如耐蚀性、 韧性、 强度、 延展性和热性能。 然而， 这种策略将合金设计限制 在相图的角落， 留下广阔的多组分相空间的中心区域未被探索。 2004年， 由Yeh和Cantor等 人提出了一种新的策略， 改变了传统合金设计模式， 将多种主要合金元素 的等原子或近等 原子比混合物包括在内， 从而产生了高熵合金(high  entropy  alloy)或多主元合金 (multi‑principal element alloy)的概念。 [0003]对于这样一个多元复杂体系， 单从第二相的种类看， 通过合金化及热处理等方式， 多种不同结构种 类的第二相(如:L12、 L21、 B2有序相以及σ相、 η相等)均可稳定存在于高熵 合金基体中。 通过实验研究第二相沉淀在多组元体系中相稳定性、 相组成和相关系的问题， 不仅工作量巨大， 而且效率低。 发明内容 [0004]针对上述问题， 相图热力学就可以较为容易地解决， 利用相图不仅可以辅助此类 沉淀强化型高熵合金 的成分设计， 开发新型合金成分， 还可以有效帮助确定热处理温度以 获得不同第二相颗粒， 甚至控制第二相的尺寸和形貌。 因此， CALPHAD对于高熵合金中第二 相强化高熵合金的设计是一种全新且有效的研究手段。 [0005]近年来， 参数计算法预报合金相 形成的规律越来越得到重视， 学者们提出了包括 混合焓、 混合熵、 原子半径差异、 电负性差异、 价电子数等参数， 对高熵合金中固溶体相、 拓 扑密排相、 非晶相的形成规律做出预报， 并概括总 结了各参数取值范围与高熵合金体系相 组成的关系。 参数计算法的发展对加快高熵合金设计起到了极大 的推动作用。 高熵合金形 成固溶体相的参数条件， 是参数计算法中预测 合金相形成规律最主要的研究方向。 多主元 高熵合金形成固溶体相一般认为有3大原则： ①至少包含5种以上主要元素； ②元素间最大 原子半径差小于12％； ③合金混合焓介于 ‑40‑10kJ/mol之间。 为了获得更准确的相形成规 律， 张勇等人综合考虑了熵和焓对高熵合金相形成的影响， 提出了一个新的参数Ω以取代 ΔHmix‑δ准则中的ΔHmix。 当固溶体相形成的驱动力T ·ΔSmix大于阻力ΔHmix， 即Ω＞1时， 合 金倾向于形成固溶体相， 反之， 当Ω＜1时， 合金容易形成金属间化合物等复杂相。 除此以 外， 价电子浓度值也被认 为与相形成有着密切联系。 研究表明： 当价电子数≥8时， 合金易于 形成面心立方固溶相； 当价电子数≤6.87时,合金易形成体心 立方固溶相； 而当价电子数在 两者之间时将形成面心 立方和体心 立方的混合固溶相。 TIA N等人则认为高熵 合金体系价电 子处于7.80 ‑9.50范围内合金容易形成面心立方结构； 价电子数处于4.33 ‑7.55范围内合金 容易形成体心立方结构。 Tsai等人发现σ相的形成与合金的价电子有直接的关系： 对于含V说　明　书 1/3 页 3 CN 115295100 A 3