[發明專利]一種高熵AlCoCrFeNiCuC合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201410038226.0
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103757514A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 馬國峰;張鴻齡;賀春林;劉巖
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C1/03
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 戚羽

技術領域

本發明涉及耐蝕高熵合金制備方法，具體為一種耐腐高熵AlCoCrFeNiCuC合金及其制備方法。

背景技術

傳統合金的設計理念是以一種或兩種元素為主要元素，同時添加適量的其他元素來改善合金性能，從而獲得所需合金。1995年,葉均蔚打破合金設計的傳統理念，提出了新合金設計理念，制備多主元高熵合金，簡稱高熵合金。同時，高熵合金擁有許多優異性能，如高硬度、高強度、耐回火軟化、較高的熱穩定性、耐磨性、耐腐蝕等性能，其性能在諸多方面都優于傳統合金。

材料的腐蝕問題對人類來說不是一個陌生的話題。由于材料的腐蝕遍及生活的各個領域，材料腐蝕問題不僅對現代工業造成了直接或間接的經濟損失。因此對材料耐蝕性能的研究也就成為研究材料性能必不可少的方面。對傳統合金、鎳基合金、不銹鋼的耐蝕性能研究已經有所進展，然而到目前為止，對高熵合金耐腐蝕性能開展的研究還較少。

高熵合金概念提出以后，人們嘗試采用不同的方法制備高熵合金。目前人們利用真空電弧熔煉法、機械合金化法、磁控濺射法，電化學沉積法以及激光熔覆法等成功制備各種成分的高熵合金材料。這些方法或是工藝復雜，或是制備的高熵合金耐腐差。針對以上問題，本發明利用銅模噴鑄制備方法開發一種新的耐腐高熵合金，為高熵合金的進一步的應用提供了指導。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高熵AlCoCrFeNiCuC合金及其制備方法，該方法獲得的高熵AlCoCrFeNiCuC合金具有良好的耐腐蝕性能。

本發明的技術方案是：

其所述一種高熵AlCoCrFeNiCuC合金，其成分和原子百分比為：100%?Al，?100%?Co，100%Cr，100%?Fe，100%?Ni，50%Cu，?10%-100%?C。

本發明提供了上述高熵AlCoCrFeNiCuC合金的制備方法，具體步驟如下：

（1）配料：試驗所用單質原料均采用純度不低于99.9?wt%的Al、Co、Cr、Fe、Ni、Cu和C。用鋼刷除去Al、Co、Cr、Fe、Ni和Cu表面的氧化膜，利用精密電子天平稱出上述單質原料的質量，上述單質原料的總質量為120克。然后用石油醚和無水乙醇對上述單質原料進行超聲波清洗，最后把上述單質原料混合一起放入鎢極磁控電弧爐里面。

（2）母合金熔煉：將鎢極磁控電弧爐工作腔抽真空至?5~7×10^-4?Pa，再通入純度為?99.99?wt.%?的高純氬氣。將金屬鈦熔化，通過金屬鈦在高溫下強烈的氧化反應以進一步降低工作腔內氧的分壓，然后再熔煉上述單質原料，使其成為母合金鑄錠。為保證母合金鑄錠的化學成分均勻性，母合金鑄錠至少需要翻煉?4?次。熔煉完成后，母合金鑄錠隨鎢極磁控電弧爐冷卻至室溫，然后打開鎢極磁控電弧爐取出母合金鑄錠。

（3）銅模噴鑄：將上述母合金鑄錠壓碎成小塊合金，選擇約20克的小塊合金放入下面帶有直徑為1.5?mm小孔的石英管內，再把裝有小塊合金的石英管放進感應爐里。然后將感應爐工作腔抽真空至?1×10^-3?Pa，進行感應熔煉。待小塊合金由固體變成合金熔體，并且合金熔體的溫度達到預設溫度后，立即用高純氬氣將石英管內的合金熔體噴入正下方的銅模內，噴射氣壓控制在?0.025?MPa，冷卻速度10~10³K/s。噴鑄所得的合金即為高熵AlCoCrFeNiCuC合金。

本發明提供了一種耐腐高熵AlCoCrFeNiCuC合金經X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，合金組織由簡單結構的固溶體相組成，未出現復雜金屬間化合物。

本發明提供了一種耐腐高熵AlCoCrFeNiCuC合金腐蝕性能通過電化學工作站和在3.5%（質量百分比）NaCl溶液中的浸泡實驗進行測試。其性能指標為下：腐蝕速率0.06-0.3(g/m²h)；自腐蝕電位-0.6?-0.22V；腐蝕電流密度為1.53-0.73μA/cm²。

由此看出，本發明具有的優點：

1、本發明通過銅模噴鑄來增大冷卻速率，獲得組織均勻的高熵AlCoCrFeNiCuC合金。

2、本發明涉及的高熵合金體系，其采用銅模噴鑄方法制備。銅模噴鑄方法制備的合金具有良好的耐腐蝕性能。銅模噴鑄方法制備的高熵AlCoCrFeNiCu_0.5C_0.1（原子百分比）合金組織由簡單結構的固溶體相組成，未出現復雜金屬間化合物，有利于改善合金的耐腐性能。

附圖說明