CN113930642A - 一种高强韧多组分精密高电阻合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强韧多组分精密高电阻合金及其制备方法，所述合金由下述组分按原子百分比组成，Ni 45～60％，Cr 15～30％，Fe 5～20％，Al 5～15％，Mn 3～5％，Cu 0.2～3％，Si 1～5％；Mn、Cu、Si的原子百分含量之和≤13％且≥4.2％；Ni、Cr、Fe、Al的原子百分含量之和≥70％且≤95.8％；各组分原子百分比之和为100％。本发明制备的多组元合金基体呈现以面心立方结构为主的组织特征，具有优异的强度与塑性搭配；同时具备高电阻率且在773K以下的宽温度范围内具有优异的电阻率稳定性。

Description

一种高强韧多组分精密高电阻合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及到一种高强韧多组分精密高电阻合金及其制备方法。
背景技术
电阻合金根据其应用场合不同可分为精密电阻合金、传感器用电阻合金、电热合金。高电阻合金通常为电阻率高于100μΩ.cm的电阻合金。精密电阻合金要求其电阻具有高度的精确性、时间稳定性和温度稳定性。精密高电阻合金是指具有高电阻率(高于100μΩ.cm)、低电阻温度系数的精密电阻合金。传感器用电阻合金常作为应变电阻合金使用，它可从深低温到高温范围内进行应力测定，如康铜合金。电热合金即将电能转化为热能，其主要用于家用电器、工业炉等领域的电热元件。随着电子器件小型化、集成化的发展，对电阻合金的要求越来越高，强塑性优异且具备高电阻率低电阻率温度系数的合金备受需求。
然而，精密电阻合金多含有贵金属，成本高；铁铬铝合金虽然具备电阻率高且电阻率温度系数低的特性，但其脆性大，塑性和韧性较差，不利于加工且高温强度低且易产生蠕变变形；镍铬、镍铬铁体系合金虽具有优于其它系列电热合金的高温强度及良好的塑性，但其电阻率较低且成本高。即易加工且适用于宽温度范围的高稳定性高精密高电阻合金的开发面临着严峻挑战。
至少包含四个或五个组元且每个组元的含量在35at.-％至5at.-％之间的多组元高熵合金(High-entropy alloys)由于具备优异的综合性能近年来受到重视。多组元高熵合金的晶格中每个原子被不同种类的原子包围，并存在晶格畸变和应力，且晶格畸变通常高于常规合金。合金中的晶格畸变会影响位错的运动、电子和声子在晶格中的传导等，进而影响合金的力学和物理性能，使其具备电阻率高且电阻率温度系数低的特性。
例如：Kao等人[Y.F.Kao,S.-K.Chen,T.-J.Chen,P.-C.Chu,J.-W.Yeh,S.-J. Lin,J.Alloys Compd.509(2011)0-1614.]报道Al0.25CoCrFeNi高熵合金在4.2-300K 的温度范围内保持高且稳定的电阻率220-240μΩ·cm。Chen等人[S.-K.Chen, Y.-F.Kao,AIP Adv.2(2012)012111.]报道的Al2.08CoCrFeNi高熵合金在4.2-360K 范围内的电阻率温度系数仅为72ppm/K，远低于传统合金。但这些高熵合金存在强塑性差[Z.M.Jiao,S.G.Ma,G.Z.Yuan,Z.H.Wang,H.J.Wang,H.J.Yang, J.W.Qiao,J.Mater.Eng.Perform.24(2015)3077–3083]以及可加工性能较低等问题。
此外，目前关于高熵电阻合金的电阻率及电阻温度系数研究主要集中在 4-400K的温度范围，在更高温度范围内具有电阻率高且电阻温度系数小的高强韧合金目前还尚未被开发和报道。总而言之，在低温至室温及以上的宽温域内具备高强韧、高电阻率、低电阻率温度系数的精密高电阻合金的开发依然面临着严峻的技术问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的不足，本发明提供一种高强韧多组分精密高电阻合金及其制备方法，解决现有大量电阻合金强韧性差、阻值低、电阻率稳定性差的技术问题。
本发明的其中一个目的是提供一种高强韧多组分精密高电阻合金，其具有高强韧、高电阻、宽温域内低电阻率温度系数等特点。
在此，本发明所称的“高强韧”是指本发明的合金，其屈服强度在300MPa 至900MPa，抗拉强度在700MPa至1200MPa，断后延伸率在30％至70％。本发明所称的“高电阻”是指本发明的合金，电阻率在120μΩ.cm至160μΩ.cm。另外，本发明所称的“宽温域内低电阻率温度系数”是指本发明的合金，在773 K以下的宽温域内，电阻率温度系数为+300ppm/K至-300ppm/K。
本发明提供了如下技术方案：一种高强韧多组分精密高电阻合金，由下述组分按原子百分比组成，
Figure BDA0003289386820000021
Figure BDA0003289386820000031
且Ni、Cr、Fe、Al的原子百分比之和≥70％且≤95.8％；Mn、Cu、Si的原子百分比之和≤13％且≥4.2％；各组分原子百分比之和为100％。
例如，本发明的合金按原子百分比组成可以是，但不限于55％Ni、20％Cr、 10％Fe、8％Al、4％Mn、1％Cu、2％Si；或50％Ni、26％Cr、12％Fe、5.5％Al、 4％Mn、0.5％Cu、2％Si。
本发明的另一个目的是提供一种高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，包括，
按原子百分比配取合金各组分；
在真空或惰性气体保护条件下熔炼得合金坯体；
将所述合金铸坯经热轧、均匀化、冷轧、退火、时效处理后，得合金块体。
在此处，本发明所称“按原子百分比配取”是指，按设计的合金各组分原子配比进行配料，原料使用各元素的纯金属块体，纯度不低于99.999％。
本发明所称“熔炼”是指，将金属材料投入加热炉溶化产出粗金属的火法冶金过程，可以采用鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼、悬浮熔炼等现有设备进行。
本发明所称“热轧”是指，在再结晶温度以上进行的轧制，可以在现有的热轧机设备上进行。
本发明所称“均匀化”是指，是利用在高温进行长时间加热，使合金内部的化学成分充分扩散，可以采用现有的间歇式均匀化炉或连续式均匀化炉进行处理。
本发明所称“冷轧”是指，在再结晶温度以下进行的轧制，可以在现有的冷轧机设备上进行。
本发明所称“退火”是指，将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却，可以采用重结晶退火、不完全退火、等温式退火、均匀化退火、球化退火、去应力式退火等方式进行。
本发明所称“时效处理”是指，将合金工件在较高的温度或室温放置，其性能、形状、尺寸随时间而变化的热处理工艺。
作为本发明高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述熔炼，熔炼温度为1623～2473K。
作为本发明高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述熔炼，维持炉内真空度在1～0.0001帕或维持炉内惰性气体压力在 0.000001～5兆帕。
作为本发明高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述热轧，采用多道次热轧，热轧温度为1173～1473K，单道次轧下量≤ 25％，总轧下量为30～80％。
作为本发明高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述均匀化，处理温度为1223～1573K，均温时间30～600min。
作为本发明高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述冷轧，采用多道次冷轧，道次轧下量≤25％，总轧下量为40～90％。
作为本发明高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述退火，退火温度为773～1473K，保温时间2～600min；
退火在真空或惰性气体氛围下进行，维持退火炉内真空度在1～0.0001帕或维持炉内惰性气体压力在0.000001～5兆帕。
作为本发明高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述时效处理，时效温度573～973K，时效时间2～1000h；
时效在真空或惰性气体氛围下进行，时效时炉内真空度在1～0.0001帕或炉内惰性气体压力在0.000001～5兆帕。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的该多组元合金材料表现出以面心立方结构为主的组织特征。多组元合金元素的存在使得合金中固溶强化效应显著，保证了较高的强度；大的晶格畸变使得该合金具备高的电阻率和低的电阻率温度系数；其优异的强塑性与电阻性能的搭配能使其可作为精密高电阻合金应用于电子仪器、移动通信、航空航天和自动控制等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1是本发明实施例1所得多组元合金的XRD谱图。
图2是本发明实施例1所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图。
图3是本发明实施例1所得多组元合金的EBSD相分布图及反极图(IPF)。
图4是本发明实施例1所得多组元合金的扫描电镜能谱面分布图像。
图5是本发明实施例1所得多组元合金的透射电镜明场图像及其对应的选取电子衍射谱图。
图6是本发明实施例1所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图。
图7是本发明实施例2所得多组元合金的XRD谱图。
图8是本发明实施例2所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图。
图9是本发明实施例3所得多组元合金的电阻率-温度曲线图。
图10是本发明实施例4所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图。
图11是本发明实施例4所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图。
图12是本发明实施例5所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图。
图13是本发明实施例5所得多组元合金的EBSD相分布图及反极图(IPF)。
图14是本发明实施例5所得多组元合金的扫描电镜能谱面分布图像。
图15是本发明实施例5所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图。
图16是本发明实施例6所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图。
图17是本发明实施例6所得多组元合金的EBSD相分布图及反极图(IPF)。
图18是本发明实施例6所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图。
图19是对比例1所得合金的电阻率-温度曲线图。
图20是对比例2所得合金的电阻率-温度曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
(1)按照化学式Ni55Cr20Fe10Al8Mn4Cu1Si2(原子百分数)进行配料，原料使用各纯元素对应的块体；
(2)采用悬浮熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度为1873K，保温 5min；浇铸成长方体形状，得合金铸坯；
(3)得到熔炼的合金锭后，将合金进行多道次热轧处理，热轧温度为 1323K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；
(4)将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行 (氩气压力为10Pa)，温度为1373K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬；
(5)将高温均匀化后的合金块体进行多道次室温冷轧，单道次轧下量为 10％，总轧下量为80％；
(6)将冷轧后的合金板材进行退火处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，退火温度为1223K，退火时间为3min，得到退火后的多组元合金块体；
(7)将退火后的多组元合金块体切片，在723K下时效72h，得到实施例 1的多组元合金。
实施例1所得多组元合金的XRD谱图如图1所示。从图1的XRD图谱中可知，实施例1所得该多组元合金主要表现为面心立方(FCC)固溶体结构。
实施例1所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图如图2所示。图2的扫描电镜图像表明，实施例1所得该多组元合金为等轴晶且存在大量的退火孪晶。
实施例1所得多组元合金的EBSD相分布图及反极图(IPF)如图3所示。图3证实实施例1所得该多组元合金以面心立方(FCC)固溶体结构为主，没有明显的微米级尺度的杂相析出。
实施例1所得多组元合金的扫描电镜能谱面分布图像如图4所示。图4表明实施例1所得该多组元合金中各个组元在微米级尺度依然是均匀分布的，未出现明显的微米级尺度的元素偏析。
实施例1所得多组元合金的透射电镜明场图像及其对应的选取电子衍射谱图如图5所示。图5表明实施例1所得该多组元合金中存在弥散的L12结构的纳米相。
实施例1所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图如图6所示。由图6a的拉伸曲线图可以看出，实施例1所得该多组元合金的屈服强度为530MPa，抗拉强度为930MPa，断后延伸率为55％。由图6b的电阻率-温度曲线图可以看出，实施例1所得该多组元合金在773K以下温度范围内电阻率几乎恒定在149μΩ.cm，即电阻率温度系数几乎为零。
实施例2
(1)按照化学式Ni55Cr20Fe10Al8Mn4Cu1Si2(原子百分数)进行配料，原料使用各纯元素对应的块体；
(2)采用悬浮熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度为1873K，保温 5min，浇铸成长方体形状；
(3)得到熔炼的合金锭后，将合金进行多道次热轧处理，热轧温度为 1323K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；
(4)将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行 (氩气压力为10Pa)，温度为1373K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬；
(5)将高温均匀化后的合金块体进行多道次室温冷轧，单道次轧下量为 10％，总轧下量为80％；
(6)将冷轧后的合金板材进行退火处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，退火温度为1223K，退火时间为3min，得到退火后的多组元合金块体；
(7)将退火后的多组元合金块体切片，在723K下时效240h，得到实施例2的多组元合金。
实施例2所得多组元合金的XRD谱图如图7所示。由图7可见，实施例2 所得多组元合金主要表现为面心立方(FCC)固溶体结构。
实施例2所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图如图8所示。由图8a的拉伸曲线图可以看出，实施例2所得该多组元合金的屈服强度为550MPa，抗拉强度为960MPa，断后延伸率为55％。由图8b的电阻率-温度曲线图可以看出，实施例2所得该多组元合金在773K以下温度范围内电阻率几乎恒定在147μΩ.cm，即电阻率温度系数几乎为零。
实施例3
(1)按照化学式Ni55Cr20Fe10Al8Mn4Cu1Si2(原子百分数)进行配料，原料使用各纯元素对应的块体；
(2)采用悬浮熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度为1873K，保温 5min，浇铸成长方体形状；
(3)得到熔炼的合金锭后，将合金进行多道次热轧处理，热轧温度为 1323K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；
(4)将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行 (氩气压力为10Pa)，温度为1373K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬；
(5)将高温均匀化后的合金块体进行多道次室温冷轧，单道次轧下量为 10％，总轧下量为80％；
(6)将冷轧后的合金板材进行退火处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，退火温度为1223K，退火时间为3min，得到退火后的多组元合金块体；
(7)将退火后的多组元合金块体切片，在833K下时效10h，得到实施例 3的多组元合金。
实施例3所得多组元合金的电阻率-温度曲线图如图9所示。从图9可见，实施例3所得该多组元合金在773K以下温度范围内电阻率几乎恒定在142μΩ.cm，即电阻率温度系数几乎为零。
实施例4
(1)按照化学式Ni55Cr20Fe10Al8Mn4Cu1Si2(原子百分数)进行配料，原料使用各纯元素对应的块体；
(2)采用悬浮熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度为1873K，保温 5min，浇铸成长方体形状；
(3)得到熔炼的合金锭后，将合金进行多道次热轧处理。热轧温度为1323K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；
(4)将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行 (氩气压力为10Pa)，温度为1373K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬；
(5)将高温均匀化后的合金块体进行多道次室温冷轧，单道次轧下量为 10％，总轧下量为80％；
(6)将冷轧后的合金板材进行退火处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，退火温度为1223K，退火时间为3min，得到实施例4的多组元合金。
实施例4所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图如图10所示。图10 的扫描电镜图像表明，实施例4所得该多组元合金为等轴晶且存在大量的退火孪晶。
实施例4所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图如图11所示。由图11a的拉伸曲线图可以看出，实施例4所得多组元合金的屈服强度为 435MPa，抗拉强度为840MPa，断后延伸率为55％。由图11b的电阻率-温度曲线图可以看出，实施例4所得多组元合金在303K及723K的电阻率分别为 133.4μΩ.cm及136.4μΩ.cm，该温度范围内电阻率温度系数为53ppm/K。
实施例5
(1)按照化学式Ni50Cr26Fe12Al5.5Mn4Cu0.5Si2(原子百分数)进行配料，原料使用各纯元素对应的块体；
(2)采用真空电弧熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4 次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度为1873K；
(3)得到熔炼的合金锭后，将合金进行多道次热轧处理，热轧温度为 1323K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；
(4)将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行 (氩气压力为10Pa)，温度为1473K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬；
(5)将高温均匀化后的合金块体进行多道次室温冷轧，单道次轧下量为 10％，总轧下量为70％；
(6)将冷轧后的合金板材进行退火处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，退火温度为1223K，退火时间为3min；得到退火后的多组元合金块体。
(7)将退火后的多组元合金块体切片，在723K下时效72h，得到实施例 5的多组元合金。
实施例5所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图如图12所示。图12 的扫描电镜图像表明，实施例5所得该多组元合金为等轴晶且存在大量的退火孪晶。
实施例5所得多组元合金的EBSD相分布图及反极图(IPF)如图13所示。图13证实实施例5所得该多组元合金以面心立方(FCC)固溶体结构为主，没有明显的微米级尺度的杂相析出。
实施例5所得多组元合金的扫描电镜能谱面分布图像如图14所示。图14 表明实施例5所得该多组元合金中各个组元在微米级尺度依然是均匀分布的，未出现明显的微米级尺度的元素偏析。
实施例5所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图如图15所示。由图15a的拉伸曲线图可以看出，实施例5所得多组元合金的屈服强度为 405MPa，抗拉强度为860MPa，断后延伸率为53％。由图15b的电阻率-温度曲线图可以看出，实施例5所得多组元合金在301K及723K的电阻率分别为 133.2μΩ.cm及136.6μΩ.cm；该温度范围内电阻率温度系数约为63ppm/K。
实施例6
(1)按照化学式Ni50Cr26Fe12Al5.5Mn4Cu0.5Si2(原子百分数)进行配料，原料使用各纯元素对应的块体；
(2)采用真空电弧熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4 次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度为1873K；
(3)得到熔炼的合金锭后，将合金进行多道次热轧处理，热轧温度为 1323K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；
(4)将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行 (氩气压力为10Pa)，温度为1473K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬；
(5)将高温均匀化后的合金块体进行多道次室温冷轧，单道次轧下量为 10％，总轧下量为70％；
(6)将冷轧后的合金板材进行退火处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，退火温度为1223K，退火时间为3min，得到实施例6的多组元合金。
实施例6所得多组元合金的微观组织扫描电镜形貌图如图16所示。图16 的扫描电镜图像表明，实施例6所得该多组元合金为等轴晶且存在大量的退火孪晶。
实施例6所得多组元合金的EBSD相分布图及反极图(IPF)如图17所示。图17证实实施例6所得该多组元合金以面心立方(FCC)固溶体结构为主，没有明显的微米级尺度的杂相析出。
实施例6所得多组元合金的拉伸曲线图以及电阻率-温度曲线图如图18所示。由图18a的拉伸曲线图可以看出，实施例6所得多组元合金的屈服强度为 370MPa，抗拉强度为765MPa，断后延伸率为53％。由图18b的电阻率-温度曲线图可以看出，实施例6所得多组元合金在303K及723K的电阻率分别约为129μΩ.cm及133μΩ.cm；该温度范围内电阻率温度系数约为74ppm/K。
比较实施例1、2可知：723K下长时间时效的制度可获得高强、高韧、高点阻率、电阻率温度系数接近很低的精密电阻合金。比较实施例2和3可知：稍高温度即833K下短时间(10h)时效也可获得电阻率相对稳定的高电阻合金。将采取时效处理的实施例1、2、3与未时效的实施例4相比可知：相同合金成分下，经过时效处理之后的合金的电阻率明显提高，电阻率温度系数降低，强度明显提升的同时保持了良好的塑性。比较实施例5和6可知：相同合金成分下，经过时效处理之后的合金的电阻率明显提高，电阻率温度系数降低，明显提升了强度且保持了良好的塑性。将相同时效工艺处理的施例1和5比较可知：相同时效处理工艺下，适当增加微合金元素的含量可有利于提升电阻率、降低电阻率温度系数、提升强度。
对比例1
测定化学式为Fe40Ni20Co20Cr20(原子百分数)合金的电阻率-温度曲线，如图19所示。该对比合金按设计的各组分原子配比配取，采用真空电弧熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度约为1873K，得铸态合金。将铸态合金进行多道次热轧处理，热轧温度为1173K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，温度为1473K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬，得该对比合金。由图19可见，该合金在309K及723K的电阻率分别约为84μΩ.cm及 103μΩ.cm；该温度范围内电阻率温度系数约为546ppm/K。
对比例2
测定等原子比FeNiCr合金的电阻率-温度曲线，如图20所示。该对比合金按设计的各组分原子配比配取，采用真空电弧熔炼，在惰性气体保护气氛下进行熔炼，反复熔炼4次；熔炼时真空度抽至0.001帕后冲入氩气至气压微正，熔炼温度约为1873K，得铸态合金。将铸态合金进行多道次热轧处理，热轧温度为1223K，单次轧下量为10％，总轧下量为50％；将热轧后的合金块体进行高温均匀化处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，温度为1473K，均匀化处理时间为2小时，然后水淬。将高温均匀化后的合金块体进行多道次室温冷轧，单道次轧下量为10％，总轧下量为60％；将冷轧后的合金板材进行退火处理，在氩气保护氛围下进行(氩气压力为10Pa)，退火温度为1273K，退火时间为60min，得该对比合金。由图20可见，该合金在306K及723K的电阻率分别约为99μΩ.cm及113μΩ.cm；该温度范围内电阻率温度系数约为 339ppm/K。
比较实施例1、2、3、4、5与对比例1可知：本发明制备的合金的电阻率较Fe40Ni20Co20Cr20(原子百分数)合金高且电阻率温度系数降低。比较实施例 1、2、3、4、5与对比例2可知：本发明制备的合金的电阻率较等原子比FeNiCr 合金高且电阻率温度系数降低。
在本发明提供的该多组元合金材料中，在组分匹配方面，具有以下特点：首先，该合金与传统电阻合金相比，不含有稀有金属元素可有效降低合金的成本、发展为环境友好型精密电阻合金。其次，与传统镍铬型电阻合金相比，该合金中Ni元素的含量明显降低同时引入Al、Mn、Cu、Si等合金化元素。一方面，利用Al、Si、Mn、Cu的原子半径与Ni、Cr、Fe的原子半径相差较大的特性，在面心立方结构为主的基体中产生较大的晶格畸变以阻碍位错运动，有效提高合金中的固溶强化效应以及晶格散射作用，提升强度和电阻率并降低电阻率温度系数。通过上述技术措施，实现高强韧、高电阻、宽温域内低电阻率温度系数。
本发明该多组分合金材料中引入Al、Mn、Cu、Si合金化元素，其综合作用简述于下：1)Cu元素促进有序结构的形成，对提高强度和电阻率有利；Mn 元素可以有效降低电阻率温度系数；2)Al、Si的原子半径(分别为0.143nm和 0.117nm)与Fe、Ni、Cr的原子半径(分别为0.124nm、0.125nm和0.125nm) 相差较大，可在面心立方结构基体中导致较大的晶格畸变以阻碍位错运动，有效提高合金中的固溶强化效应，进一步提高合金的强度，同步提升电阻率并降低电阻率温度系数；
合金铸坯通过热轧，可有效地消除熔炼铸造时合金中产生的缺陷(如微孔、微裂纹等)，提升合金的综合性能；随后进行均匀化处理，可进一步促进合金中各组元均匀分布，以形成成分均匀的面心立方等轴晶组织，进一步确保合金具有良好的塑性。虽然均匀化处理状态下合金的晶粒尺寸增大，但通过后续的冷轧和退火，可有效实现晶粒细化。中低温时效处理既没有造成晶粒粗化又没有导致杂相析出。
本发明提供的该多组元合金材料表现出面心立方结构为基体的组织特征。多组元合金元素的存在使得合金中固溶强化效应显著，保证了较高的强度；大的晶格畸变使得该合金具备高的电阻率和低的电阻率温度系数；其优异的强塑性与电阻性能的搭配能使其可作为精密高电阻合金应用于电子仪器、移动通信、航空航天和自动控制等领域。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高强韧多组分精密高电阻合金，其特征在于：由下述组分按原子百分比组成，
Figure FDA0003289386810000011
且，Ni、Cr、Fe、Al的原子百分比之和≥70％且≤95.8％，Mn、Cu、Si的原子百分比之和≤13％且≥4.2％，各组分原子百分比之和为100％。
2.如权利要求1所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：包括，
按原子百分比配取合金各组分；
在真空或惰性气体保护条件下熔炼得合金坯体；
将所述合金坯体经热轧、均匀化、冷轧、退火、时效处理后，得合金块体。
3.如权利要求2所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：所述熔炼，熔炼温度为1623～2473K。
4.如权利要求2或3所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：所述熔炼，维持炉内真空度在1～0.0001帕或维持炉内惰性气体压力在0.000001～5兆帕。
5.如权利要求4所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：所述热轧，采用多道次热轧，热轧温度为1173～1473K，单道次轧下量≤25％，总轧下量为30～80％。
6.如权利要求2、3、5中任一项所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：所述均匀化，处理温度为1223～1573K，均温时间30～600min。
7.如权利要求6所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：所述冷轧，采用多道次冷轧，道次轧下量≤25％，总轧下量为40～90％。
8.如权利要求2、3、5、7中任一项所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：所述退火，退火温度为773～1473K，保温时间2～600min；
退火在真空或惰性气体氛围下进行，维持退火炉内真空度在1～0.0001帕或维持炉内惰性气体压力在0.000001～5兆帕。
9.如权利要求8所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：所述时效处理，时效温度573～973K，时效时间2～1000h；
时效在真空或惰性气体氛围下进行，时效时炉内真空度在1～0.0001帕或炉内惰性气体压力在0.000001～5兆帕。
10.如权利要求2、3、5、7、9中任一项所述的高强韧多组分精密高电阻合金的制备方法，其特征在于：制备的合金块体，屈服强度在300～900MPa，抗拉强度在700～1200MPa，断后延伸率在30～70％；合金在773K以下的宽温域内，电阻率为120～160μΩ.cm；电阻率温度系数为+300～-300ppm/K。
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