[發明專利]AlCoCrFeNiTix高熵合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210295304.6
• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號: CN102776430A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 喬珺威;楊慧君;石巨巖;王銀鳳
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00
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技術領域

本發明涉及金屬材料及其制備領域，具體而言涉及AlCoCrFeNiTix(x為摩爾比，x＝0，0.1，0.2，0.3，0.4和0.5)高熵合金及其制備方法。

背景技術

一直以來，傳統的合金設計方法都是以一種或兩種元素作為主要組元，再通過添加其他元素來改進合金的組織性能，如不銹鋼、鋁合金、Ti-Al等二元系金屬間化合物以及塊體非晶合金等^[1]。目前關于晶體相的相關理論，也僅局限于這些合金。合金中組元過多導致多種金屬間化合物或其他復雜組織結構的形成，使其難以分析和后續加工^[2]。隨著現代工業的發展，人們在使用溫度、強度、耐磨性等方面對材料提出了越來越高的要求。盡管人們開發了新的材料加工工藝，如快速凝固、激光加工等，來提高材料的使用性能，但還是不能滿足要求。傳統合金體系的發展已趨飽和，突破以1種或2種金屬元素為主的傳統合金的發展框架已是冶金科學家的一個追求目標。8年前有臺灣學者^[3]率先跳出了傳統合金的發展框架，提出新的合金設計理念，即多主元合金。所謂多主元合金，或稱多主元高熵合金，就是多個主要元素(至少五元)的合金，其中每個主要元素都具有高的原子分數，但不超過35％，因此沒有一個元素能占50％以上，使得這種合金體現出多種元素的集體效應。由于元素種類較多且含量都很高，從而合金混合熵(混亂度)很高，因此這種合金也稱為多主元高熵合金。而且研究結果表明多主元的高熵合金體系傾向于混亂排列而形成簡單的體心立方(BCC)或面心立方(FCC)相甚至非晶相，所得相數遠遠低于平衡相率所預測的相數，使得高熵合金具備優良的綜合性能^[3，4]，包括高硬度、大加工硬化、抗高溫軟化、耐腐蝕和高電阻率等，也使得高熵合金在應用領域有著極其廣泛的前景。諸如：高硬度且耐磨耐溫耐蝕的工具、模具、刀具；高爾夫球頭打擊面、油壓氣壓桿、鋼管及輥壓筒的硬面；高頻變壓器、馬達的磁心、磁屏蔽、磁頭、磁盤、磁光盤、高頻軟磁薄膜；化學工廠、船艦的耐蝕高強度材料；渦輪葉片、焊接材料、熱交換器及高溫爐的耐熱材料；超高大樓的耐火骨架和微機電材料等。高熵合金是一種可合成、分析和控制的新型合金，由此可開發出大量的高技術材料。高熵合金的開發和制備具有前瞻性，具有極大的產業應用價值。由于應用潛力多元化，面對的產業也多元化，因此傳統合金工業的升級及高科技產業的發展也將為高熵合金開辟無限發揮的空間，對傳統冶金和鋼鐵行業的提升無疑具有重要意義。因此開發出具有更加力學性能的AlCoCrFeNiTix系合金，具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于開發出具有優異的力學性能的高熵合金——AlCoCrFeNiTix系合金，使其滿足在現代工業中人們對材料力學性能的要求，使得高熵合金在應用領域得到廣泛應用。

本發明為解決上述技術問題而采取的技術方案為：一種高熵合金材料，成分為AlCoCrFeNiTix，其中x為摩爾比，x的取值范圍為0.1～0.4。更具體而言，x取0.1、0.2、0.3、0.4中的任意一個；或者取值0.2～0.4。所述高熵合金材料采用的Al、Co、Cr、Fe、Ni和Ti冶煉原料質量濃度不低于99.9％。

本發明為解決上述技術問題而采取的技術方案還包括：一種成分為AlCoCrFeNiTix的高熵合金材料的制備方法，其中x為摩爾比，x的取值范圍為0.1～0.4，其特征在于包括以下步驟：一、準備原料，采用的合金冶煉原料為Al、Co、Cr、Fe、Ni和Ti元素，按照摩爾比進行精確稱量配比，供熔煉制備合金時使用；二、純金屬的凈化，合金制備采用Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti為原料，凈化金屬表面氧化物；三、熔煉合金，先將配好的原料放在水冷銅模熔煉池中的槽內，之后關好爐門，擰緊樣品室四個封閉旋鈕，對樣品室抽真空，當真空度達到1×10^-3Pa后向樣品室充99.999％的高純氬氣至半個大氣壓；熔煉電流在250安培左右，時間約30-60秒鐘；待合金充分混合后將合金塊翻轉，如此反復4次以上，將合金錠迅速放入水冷銅模的槽內，水冷銅模的槽是事先按需求放置的模具，調節熔煉電流，待合金熔化均勻后，打開吸鑄吸氣閥，利用泵內真空進行吸鑄，待合金模具冷卻后取出，即得到所述高熵合金。

該制備方法還可包括步驟四：熱處理，先用電阻爐進行熱處理，合金的熱處理溫度可以是500℃、700℃、900℃三個溫度中的任一個；隨后將溫度升到設定溫度后，使試樣入爐，隨爐保溫；之后隨爐保溫時間2h后，出爐空冷即可。