[發明專利]一種CuNiTi系高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010578272.5
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111809096B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 乙姣姣;王璐;楊林;徐明沁
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C1/02;C22F1/02
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 馬曉敏

本發明涉及一種CuNiTi系高熵合金及其制備方法，包括金屬單質：Cu、Ni和Ti，還包括Co、V、Fe、Cr中的任意兩種金屬單質，各個所述金屬單質按18％～23％的等原子百分比配制；所述CuNiTi系高熵合金為CoCrCuNiTi或CoCuNiTiV或CuFeNiTiV或CrCuNiTiV；采用電弧熔煉制備；CoCrCuNiTi、CoCuNiTiV、CuFeNiTiV高熵合金具有較好的強度和塑性，強韌性綜合較好；CrCuNiTiV高熵合金具有優異的塑性。

技術領域

本發明涉及合金技術領域，具體涉及一種CuNiTi系高熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金(HEAs)的概念最早由Yeh和Cantor等人于2004年分別獨立地提出，HEAs消除了合金只有一個主元素組成的約束，為新材料的設計和發現拓展了空間。高熵合金的出現極大地擴展了設計新的多組分金屬合金的可能性，為材料的發展提供了新的動力。通常，高熵合金被定義為由5個或5個以上的主元素組成的合金，元素濃度在5-35at％之間。高熵合金為各類高性能合金的大量研究生產提供了可能性，由于具有高強度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性等特點，在材料學領域的研究具有很高的學術研究和應用價值。

迄今為止，已報道了大量的多元高熵合金。其中，研究最為廣泛的合金體系被稱為3D過渡金屬高熵合金，其中至少含有以下9種元素中的4種：鋁、鈷、鉻、銅、鐵、錳、鎳、鈦和釩。3D過渡金屬高熵合金出現了大量性能優異的合金，是研究的熱門領域。其它領域的高熵合金研究還非常少。盡管目前關于高熵合金的研究取得了一定的成果，但仍存在一些有待解決的科學問題。

合金的性能由微觀結構決定，微觀結構是由合金元素形成的不同相組成的，而多元高熵合金即使調整一個元素便會造成相結構與性能的巨大差異，具有不可預測性。大量的高熵合金呈現出多脆性相的復雜的微結構，嚴重影響了合金的性能。如何調整高熵合金成分來改善其綜合力學性能成為高熵合金領域急需解決的技術問題之一。

發明內容

為了改善高熵合金的力學性能的技術問題，而提供一種CuNiTi系高熵合金及其制備方法。本發明的CuNiTi系高熵合金具有較好的綜合力學性能和硬度。

本發明一方面提供一種CuNiTi系高熵合金，包括金屬單質：Cu、Ni和Ti，還包括Co、V、Fe、Cr中的任意兩種金屬單質，各個所述金屬單質按18％～23％的等原子百分比配制。

進一步地，所述CuNiTi系高熵合金為CoCrCuNiTi。

進一步地，所述CuNiTi系高熵合金為CoCuNiTiV。

進一步地，所述CuNiTi系高熵合金為CuFeNiTiV。

進一步地，所述CuNiTi系高熵合金為CrCuNiTiV。

進一步地，所述金屬單質的純度均高于99.9wt％。

本發明另一方面提供一種上述CuNiTi系高熵合金的制備方法，包括如下步驟：

(1)去除金屬單質Cu、Ni、Ti以及Co、V、Fe、Cr中任意兩種的表面雜質和氧化物，清洗烘干后備用；

(2)在非自耗真空電弧熔煉爐中于氬氣保護下先熔化金屬鈦塊，讓鈦吸附保護氣氛中殘留的氧氣，以降低高熵合金熔煉時的氧化行為，再按照配比放入所述金屬單質，抽真空，在氬氣保護下進行電弧熔煉，所述電弧熔煉的過程中伴隨電磁攪拌，冷卻后，得到第一紐扣樣品；熔煉過程中如果氬氣保護氣氛中氧含量過高，合金產生氧化皮，在熔煉過程中會破碎進入合金內，在合金中引入氧化物夾雜或引起難混熔的狀況；

(3)對所述第一紐扣樣品進行重復多次所述電弧熔煉，在重復進行每次所述電弧熔煉前對所述第一紐扣樣品進行翻轉，冷卻后得到第二紐扣樣品，去除所述第二紐扣樣品的表面氧化層，再重復步驟(2)，冷卻后得到CuNiTi系高熵合金。