[發明專利]一種輕質高比強度的高熵合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110097326.0
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112725679B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張靜;董權;李萌;劉雪健;董曉宇;楊成博
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C30/06;C22C1/04;B22F9/04;B22F3/16
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 劉楨

本發明公開了一種輕質高比強度的高熵合金材料，所述高熵合金材料為AlLiMgTiM(M=Zn、V、Zr)高熵合金，其中，按照原子百分比計算，Al元素為10%~20%；Li元素為10%~20%；Mg元素為10%~20%；Ti元素為30%~40%；M元素為10%~20%。本發明采用較低密度的元素Al、Li、Mg、Ti為基礎，并加入了V、Zr對高熵合金進行設計，使得到的合金具有更優異的結構，這些優異的結構使得到的合金密度較低，比強度高，遠高于現有技術中Ti?6Al?4V合金的性能。本發明的制備方法采用機械合金化與冷壓燒結相結合的方式，簡便易行，適合工業化生產的應用。

技術領域

本發明涉及合金材料技術領域，具體涉及一種輕質高比強度的高熵合金材料及其制備方法。

背景技術

與傳統合金不同，高熵合金由多個組元以等摩爾比或近等摩爾比組成。現有的高熵合金材料表現出了優異的性能，如高強度、高硬度、高耐磨性和耐腐蝕性等，具有極大的開發使用價值。然而高熵合金材料的設計大部分集中在以密度較大的過渡族金屬元素（如Fe、Co、Cr、Ti、Cu、Ni、V、Mn等）構成的高熵合金上，選用這些合金元素構成的高熵合金材料盡管力學性能優異，但這些合金材料比重大，不適用于制備飛機、汽車、輪船等領域的應用，導致高熵合金材料的應用受限。尤其是在當前“節約資源和保護環境”的時代背景下，關于高熵合金的輕量化設計不僅具有重大的科學意義還將具有很高的實用價值。因此設計并制備出具有高比強度的低密度高熵合金目前高熵合金領域亟需解決的難題。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種輕質高比強度的高熵合金材料及其制備方法，以解決現有技術中高熵合金密度高、應用范圍受限的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種輕質高比強度的高熵合金材料，所述高熵合金材料為AlLiMgTiM (M = Zn、V、Zr)高熵合金，其中，按照原子百分比計算，Al元素為10%~20%；Li元素為10%~20%；Mg元素為10%~20%；Ti元素為30%~40%；M元素為10%~20%。

優選地，所述AlLiMgTiZn高熵合金具有HCP和未知相構成的結構。

優選地，所述AlLiMgTiV高熵合金具有BCC的單相結構。

優選地，所述AlLiMgTiZr高熵合金具有HCP1和HCP2構成的雙相結構。

一種輕質高比強度的高熵合金材料的制備方法，制備如本發明所述輕質高比強度的高熵合金材料，包括以下步驟：

（1）按照配比準備好原料；

（2）將準備好的原料和過程控制劑混合后得到混合物料，再把混合物料與鋼球加入球磨機中，并充入高純氬氣作為球磨過程中的保護氣氛；

（3）球磨機進行球磨后待冷卻至室溫取出，獲得高熵合金粉末；

（4）將步驟（3）得到的高熵合金粉末稱量后，放入模具中進行壓制，獲得壓坯；

（5）將步驟（4）得到的壓坯在惰性氣體保護氛圍下進行燒結，燒結完畢后隨爐冷卻，獲得所述高熵合金材料。

優選地，所述原料為鋁鋰合金粉末、鎂鋰合金粉末、Ti粉和M合金粉末。

優選地，所述步驟（2）中過程控制劑為硬脂酸，硬脂酸加入的量占混合物料總質量的3%；所述鋼球與物料的質量比為10：1。

優選地，所述步驟（3）中，當M為Zn時，球磨時間為30h；當M為V和Zr時，球磨時間為50h。

優選地，所述步驟（4）中壓制壓力為1GPa，并保壓2min。