[發(fā)明專利]一種高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu輕質(zhì)高熵合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110851701.6
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113621862B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭振;駱再斌;范子澤;劉滿平
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C1/02
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本發(fā)明提供了一種高硬度Al?Cr?Ti?V?Cu輕質(zhì)高熵合金及其制備方法，屬于金屬材料和制備的領(lǐng)域。所述的高熵合金主要各組分按原子以下百分比構(gòu)成為：Al 20～25％，Cr 20～25％，Ti 20～25％，V 20～25％，Cu 0～20％，其中Cu的含量不為0。所述合金的相結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為由單相的結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞嘟Y(jié)構(gòu)，主要是從單一的BCC相結(jié)構(gòu)，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锽CC+FCC相和少量HCP相的結(jié)構(gòu)，最后轉(zhuǎn)變?yōu)镕CC+HCP相的結(jié)構(gòu)。并表現(xiàn)出了高的硬度650HV以上以及好的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明還提供了所述Al?Cr?Ti?V?Cu高熵合金的制備方法，采用真空電弧熔煉并直接澆鑄得到合金鑄錠；制備過程無污染、低能耗、成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu輕質(zhì)高熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)合金主要包含一種主元，且在這種主元中添加少量的其它元素所構(gòu)成的合金。這種設(shè)計(jì)理念限制了合金性能。因此為打破這種限制，葉均蔚教授等研究并提出了一種新型的合金概念。即由五種及五種以上元素組成，且每種元素的原子百分比在5％～35％之間的合金，并將其命名為高熵合金。高熵合金表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的性能等。可以應(yīng)用于高速切削刀具、渦輪葉片、耐磨涂層等方面。但是為了進(jìn)一步滿足能源交通領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域的要求。對傳統(tǒng)的高熵合金進(jìn)行了輕量化的處理制備出了輕質(zhì)高熵合金。

輕質(zhì)高熵合金在兼具傳統(tǒng)高熵合金的優(yōu)異性能的同時(shí)，還具有密度低的優(yōu)點(diǎn)。有望替代傳統(tǒng)的輕質(zhì)合金作為輕質(zhì)功能結(jié)構(gòu)材料去使用。但是目前輕質(zhì)高熵合金的性能上仍然還有著一些問題。如對輕質(zhì)高熵合金的高溫性能的研究還十分的少，有待進(jìn)一步進(jìn)行研究和提升。輕質(zhì)高熵合金大多數(shù)表現(xiàn)為BCC相和多相的結(jié)構(gòu)，所以其室溫脆性大，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為進(jìn)一步改善輕質(zhì)高熵合金的力學(xué)性能，本發(fā)明提供了一種高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu輕質(zhì)高熵合金及其制備方法。本發(fā)明的Al-Cr-Ti-V-Cu輕質(zhì)高熵合金表現(xiàn)出了高的硬度和良好的熱穩(wěn)定性。

為了達(dá)到以上的目的，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu輕質(zhì)高熵合金的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1：按原子百分比將組分中Al、Cr、Ti、V、Cu進(jìn)行配料，Al 20～25％、Cr 20～25％、Ti 20～25％、V 20～25％、Cu 0～20％，其中Cu的含量不為0；各成分配比誤差在±0.3％范圍內(nèi)；

步驟2：將配好的原料按照熔點(diǎn)高低依次放入氧化鋁坩堝之中，熔點(diǎn)最低的放在底層，熔點(diǎn)最高的放在上層；

步驟3：將鈦錠放入非自耗真空電弧熔煉爐中，在氬氣氣氛保護(hù)下先熔化鈦錠，以除去爐膛內(nèi)的氧氣；之后再步驟2中的坩堝及原料放入非自耗真空電弧熔煉爐中，抽真空，在氬氣氣氛、及電磁攪拌作用下進(jìn)行熔煉，熔煉完成后得到紐扣狀合金鑄錠；

步驟4：步驟3獲得的合金鑄錠按照步驟3所述的方式進(jìn)行多次反復(fù)的熔煉，冷卻之后得到高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu輕質(zhì)高熵合金。

進(jìn)一步地，組分Al、Cr、Ti、V、Cu的原子百分比為：Al 20～25％、Cr 20～25％、Ti20～25％、V 20～25％、Cu 6～18％。

進(jìn)一步地，配料前需清除原料表面的氧化皮及清洗，原料的純度≥99.9wt％。

進(jìn)一步地，步驟3中熔煉時(shí)抽真空至5×10-3Pa，然后充入氬氣的純度為99.99％，壓強(qiáng)為0.06MPa，熔煉電流約為300～400A。

進(jìn)一步地，步驟4中需至少反復(fù)熔煉5次以上。