[發明專利]一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202211090060.8
• 申請日: 2022-09-07
• 公開（公告）號: CN115433864B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 陳瑞潤;任浩;高雪峰;方虹澤;王亮;丁宏升;蘇彥慶;郭景杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金及其制備方法，本發明涉及一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金及其制備方法。本發明的目的是為了解決現有高熵合金硬度低、耐磨性差的問題，本發明一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni和Hf元素組成，表達式為(AlCoCrFeNi)_100?xHf_x，2≤x≤6，其中Al、Co、Cr、Fe、Ni為等原子比。采用電弧熔煉方法進行制備，本發明利用Hf的大原子半徑、與其它組成元素負混合焓以及電負性差大等特點，誘導硬質Laves相在晶界處析出，發生第二相強化和細晶強化，使亞共晶高熵合金具有硬度高、耐磨性佳等優點。本發明應用于高熵合金領域。

技術領域

本發明涉及一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金及其制備方法。

背景技術

經典冶金理論證明，含有多種組成元素的傳統合金存在大量的金屬間化合物，導致其結構復雜、機械性能有限。高熵合金因其嶄新的設計理念、獨特的合金結構和優異的綜合性能而受到廣泛關注。與傳統合金相比，高熵合金通常由五種或更多主元素組成，每個元素的原子比在5％和35％之間。高熵合金雖然由多個主元組成，但其相組成仍以單相固溶體為主，而不是大量的金屬間化合物。因此，高熵合金在實際工程應用中顯示出巨大的潛力，特別是耐磨性能作為主要關注點的摩擦學領域。

根據典型的磨損理論，因為在固定載荷下接觸面積較小，硬度較高的合金往往表現出更好的抗磨性能。因此，硬度較高的BCC相組成的AlCoCrFeNi高熵合金吸引了諸多研究者的目光。然而，AlCoCrFeNi高熵合金目前存在晶粒尺寸大、成分偏析嚴重等問題限制了其在摩擦學領域的應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有高熵合金硬度低、耐磨性差的問題，提出一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金及其制備方法。

本發明一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni和Hf元素組成，表達式為(AlCoCrFeNi)_100-xHf_x，2≤x≤6，其中Al、Co、Cr、Fe、Ni為等原子比。

本發明一種摩擦材料用的亞共晶高熵合金的制備方法按以下步驟進行：一、按原子百分比Al為18.8％～19.6％、Co為18.8％～19.6％、Cr為18.8％～19.6％、Fe為18.8％～19.6％，Ni為18.8％～19.6％、Hf為2％～6％的比例稱取Al、Co、Cr、Fe、Ni和Hf，得到原材料；其中Al、Co、Cr、Fe、Ni為等原子比；

二、對原材料和鈦塊進行預處理，然后將原材料按從下至上為Al、Hf、Ni、Co、Fe、Cr的順序加入到熔煉爐的坩堝中，然后在熔煉爐的另一個坩堝中加入鈦塊，再將熔煉爐抽真空后充入氬氣進行保護，先熔煉鈦塊，然后再熔煉原材料，冷卻后，得到紐扣錠樣品；

三、將紐扣錠樣品反復熔煉為6-8次，冷卻得到摩擦材料用的亞共晶高熵合金；其中每次熔煉時將紐扣錠樣品翻面。

本發明所述亞共晶高熵合金的組織為初生BCC相和共晶區組成的亞共晶結構，其中，共晶區由在晶界處交替生長的BCC相和Laves相組成。Laves相沿晶界的析出造成第二相強化以及細晶強化，提高了AlCoCrFeNi高熵合金硬度，使亞共晶高熵合金具有良好的耐磨性。同時，本發明公開一種亞共晶高熵合金的制備方法，采用的常規電弧熔煉工藝流程簡單、易操作，不需要后續復雜的加工工藝，可有效降低材料的生產成本，在工程結構領域表現出巨大的應用潛力。

本發明具備以下有益效果：

(1)本發明實現了摩擦材料用的亞共晶高熵合金的設計；通過調節Al、Co、Cr、Fe、Ni、Hf元素的成分含量，得到具有共晶結構的亞共晶高熵合金；