[發(fā)明專利]一種高熵非晶基體復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611107234.1
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106756637B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王永勝;武榮風(fēng);令狐嶸凱;喬珺威
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

一種高熵非晶基體復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，其成分為(Ti?Zr?Hf?Nb?Cu)_100?xBe_x，x為Be元素所占的原子數(shù)百分比，x≤40%，其它元素所占的原子數(shù)百分比為：Ti為12%~16.67%；Zr為12%~16.67%；Hf為12%~16.67%；Nb為12%~16.67%；Cu為12%~16.67%。先熔煉Hf和Nb為中間合金，然后在將中間合金與Ti，Zr，Cu，Be元素置于一起反復(fù)熔煉，獲得具有高強度、高塑性等優(yōu)良力學(xué)性能的高熵非晶基復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種六組元高熵非晶基體的復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)

高熵合金是由五種或以上元素按照等原子比或近等原子比的原則合金化，形成高熵固溶體相的一類合金，由于各組元間較高的混合熵而傾向于形成固溶體，使得到的合金具有高溫?zé)岱€(wěn)定性、高強度、高硬度、耐磨性好、優(yōu)異的抗氧化和抗腐蝕能力等特性，因此高熵合金成為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d材料,在工程應(yīng)用方面具有極大的應(yīng)用前景。其中面心立方結(jié)構(gòu)的固溶體合金是以臺灣國立清華大學(xué)葉均蔚教授等發(fā)現(xiàn)的以CoCrCuFeNi 為代表，體心立方結(jié)構(gòu)的固溶體合金則是北京科技大學(xué)張勇教授等發(fā)現(xiàn)的以 AlCoCrFeNi 為代表。然而，這些體系的高熵合金雖然斷裂強度與塑性變形良好，但是屈服強度一般都較低，難于滿足實際工程的需要。

非晶合金由于內(nèi)部原子呈長程無序、短程有序排列，結(jié)構(gòu)上無晶界和位錯等缺陷，具有傳統(tǒng)晶態(tài)合金無法比擬的力學(xué)與物理性能而受到普遍關(guān)注，如高強度、高硬度、彈性性能、抗腐蝕性能強、高耐磨性、磁學(xué)性能優(yōu)良、高生物兼容性等。但單相非晶合金在受到外力作用時，通過高度局域的剪切帶變形，由于不像晶體合金中位錯、晶界的限制，剪切帶一旦形成便快速擴展，斷裂前幾乎無屈服點、無塑性變形的脆性斷裂模式極大限制了金屬玻璃作為結(jié)構(gòu)與工程材料的廣泛應(yīng)用。

高熵非晶基復(fù)合材料是在五種或以上元素按照等原子比或近等原子比的原則的前提下，在非晶基體上通過控制成分和冷卻速率原位生成韌性晶體相，制備出內(nèi)生晶體增韌的非晶基復(fù)合材料。這種復(fù)合材料材料結(jié)合了高熵合金優(yōu)點與非晶復(fù)合材料的優(yōu)點，室溫下不僅具有非晶合金高強度、高硬度等特征，同時具有晶體高熵合金的許多優(yōu)良性能，如高韌性、低比重等，具有重要的研究價值與工程應(yīng)用前景。與單相非晶合金相比，這種合金在制備時對冷卻速度的要求不高，不需要像非晶合金一樣高的冷卻速率。在等原子比或近等原子比的的非晶合金體系中，根據(jù)非晶合金設(shè)計原理，結(jié)合晶體合金凝固時相析出規(guī)律，同時參考金屬材料三元相圖來設(shè)計，通過控制晶體相的形核與長大過程即可得到高熵非晶基復(fù)合材料。為此，研究人員嘗試制備具有等原子比或近等原子比的內(nèi)生枝晶增韌的非晶復(fù)合材料，即高熵非晶復(fù)合材料。

目前研究的高熵合金都是體心立方結(jié)構(gòu)或面心立方結(jié)構(gòu)或者是二者的混合結(jié)構(gòu)，或者是單相的高熵非晶合金，還沒有任何關(guān)于高熵非晶基復(fù)合材料。雖然高熵合金各組元間具有高的混合熵，滿足設(shè)計非晶合金的混亂原則，然而大多數(shù)高熵合金體系由于玻璃形成能力很低，并不能通過快速冷卻的方式直接制備出非晶合金，且需要比較高的冷卻速率才能制備。雖然少數(shù)高熵合金具有高的玻璃形成能力，如Pd-Pt-Cu-Ni-P，Ti-Zr-Ni-Be-Cu，Sr-Ca-Yb-Mg-Zn，Ti-Zr-Ni-Be-Cu-Ni等，但是制備出的材料為單相非晶合金，其室溫脆性問題是制約其廣泛工程應(yīng)用的最大障礙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種具有高強度、高塑性等力學(xué)特性的高熵（等原子比或近等原子比）的非晶基體復(fù)合材料及其制備方法。

一種高熵非晶基體復(fù)合材料，其分子通式為：(Ti-Zr-Hf-Nb-Cu)_100-xBe_x，其中，x為Be元素所占的原子數(shù)百分比，x≤40 %，其它元素則為等原子比，即各元素所占的原子數(shù)百分比為：Ti 為12 % ~ 16.67 %；Zr為12 % ~ 16.67 %；Hf為12 % ~ 16.67 %；Nb為12 % ~16.67 %；Cu為12 % ~ 16.67 %。