[發明專利]高亂度多元合金

有效

• 申請號: 00133500.6
• 申請日: 2000-11-09
• 公開（公告）號: CN1353204A
• 公開（公告）日: 2002-06-12
• 發明（設計）人: 葉均蔚
• 申請（專利權）人: 葉均蔚
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 湯保平

本發明是有關一種高亂度(high-entropy)多元合金。特別是關于一種具有五種以上金屬元素為主的多元合金。

傳統合金系統，可以鐵、銅、鋁、鎂、鈦、鋯、鉛、鋁、鋅、金、銀等元素為主要分類。習知的合金，皆是以單一元素為主要元素，其余為次要合金元素，例如以鐵為主則為鋼鐵材料，以鋁為主則為鋁合金。而近年來雖有快速凝固合金、機械合金、金屬基復合材料的發展，但其合金設計以及合金選擇的理念，仍未脫離以一種元素為主的觀念。換言之，傳統上無論實驗合金或商用合金都未脫離以某元素為單一主要元素的合金范疇。

有鑒于前述傳統合金設計理念顯然限制了合金成分的自由度，因而可能限制新型晶體結構及微觀結構及新性能的發展，本發明乃提出新的設計觀念及其合金范圍以突破傳統上的限制。

本發明的目的在于提供一種高亂度多元合金，其是一種具有五種以上金屬元素為主的多元合金，具有硬度高和極高的耐溫性以及極高的耐蝕性：

本發明的合金，是由復數種金屬元素所熔鑄或合成而成，基本上，本發明的合金組成非屬單一主要元素合金，其合金含有五種至十一種的主要金屬元素，每一種主要金屬元素的莫耳數與該合金總莫耳數比是介于5％至30％之間。

本發明的合金所含有的主要金屬元素，較佳是選自：鋁、鈦、釩、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋯、鉬、鈀及銀等金屬元素。

本發明的高亂度多元合金除了可以同時含有前述的數種主要金屬元素外，亦可以添加其他次要元素，所稱“次要元素”，是指其莫耳數占合金的總莫耳數不超過5％。次要元素可以為金屬元素或非全屬元素。金屬添加物例如金、銀、鉑、鎢、錫、鋅及其他全屬元素等等，非全屬添加物例如碳、硼、硅、磷、硫及其他非金屬元素等等。

本發明的高亂度多元合金，不會有任一元素的莫耳數超過合金總莫耳數的30％，故不會有單一主要元素而構成基地(matrix)的、現象，在熔融、凝固結構性質上顯然迥異于傳統合金。由于本合金在原子組態上產生高(？)、高亂度的現象，故本合金特稱之為高亂度多元合金。

本發明的高亂度多元合金材料至少同時具有如下的特性：

1.極高的硬度：在凝固成固體后，依不同元素組成，其硬度由Hv600至Hv900變化，相當于碳鋼及合金碳鋼的完全淬火硬化或更高。

2.極高的耐溫性：經1000℃熱處理12小時，并爐冷之，幾乎不發生回火軟化現象。

3.極高的耐蝕性：利用高濃度硫酸、鹽酸、硝酸浸泡，幾乎不發生腐蝕現象。

本發明高亂度多元合金的制造，可以利用電熱絲加熱法、感應加熱法、真空電弧熔煉法、快速凝固法、機械合金法及粉未合金法等來熔煉或合成合金，這些加熱方法及技術皆為此項技藝人士所熟悉，于此不再一一贅述。茲以真空電弧熔煉為例說明，熔煉時，先將選好的金屬元素材料，依其熔點高低由上而下置于熔煉爐的水冷銅模中，再蓋上爐子的上蓋，首先真空抽氣，而后充入純氬氣，如此重覆抽氣及充氣操作后才開始熔煉。通電弧使完全熔解后，當其在銅模中凝固后，將之翻面再作電弧熔解，如此反覆數次直到確定所有的合金元素均已熔解并且混合均勻為止，才使其冷卻形成合金鑄錠或鑄件，取出使用。

本發明的高亂度多元合金，是由復數種金屬元素所熔鑄或合成而成的合金，該合金含有至少五種以上的主要金屬元素，每一種主要金屬元素的莫耳數與該合金總莫耳數比是介于5％至30％之間。較佳者，該合金所含有的主要金屬元素是介于五種至十一種之間。該主要全屬元素可以選自：鋁、鈦、釩、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鉻、鉬、鈀及銀等金屬元素。

本發明的高亂度多元合金之組成，除了前述的主要金屬元素之外，亦可以添加其他次要的元素，所稱“次要的元素”是指其莫耳數占合金的總莫耳數不超過5％。次要的元素可以為金屬元素或非金屬元素。

實施例一：

取銅、鈦、釩、鐵、鎳、鉻等六種金屬元素相同的莫耳數，其總重量約100公克，將各組成元素依其熔點高低由上而下置于真空電弧熔煉爐的水冷銅模中，再蓋上爐蓋，首先真空抽氣約五分鐘，至0.01大氣壓后充入純氬氣至約0.2大氣壓，再重覆抽氣及充氣操作一次后才開始熔煉。熔煉電流為500安培，在每次熔解并凝固完后，皆將銅模中的合金翻面再供電弧熔解，如此反覆數次直到確定所有的合金元素均已熔解并且混合均勻為止，冷卻后，合金鑄錠外形為完整的圓盤狀，直徑約五公分，如表一中合金編號1。此外，再將部分合金鑄錠放置于1000℃空氣爐中熱處理12小時，而后爐中冷卻以得熱處理狀態，并測量其性質。

實施例二至二十：