[發明專利]一種高溫環境下應用的Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ta系高強高熵合金及制備方法

在審

• 申請號: 202310427355.8
• 申請日: 2023-04-20
• 公開（公告）號: CN116479303A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 陳瑞潤;任浩;楊旭;秦剛;王亮;吳士平;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: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種高溫環境下應用的Al?Co?Cr?Fe?Ni?Ta系高強高熵合金及制備方法，本發明涉及一種高溫環境下應用的Al?Co?Cr?Fe?Ni?Ta系高強高熵合金及制備方法。本發明的目的是為了解決現有高熵合金強度和硬度低以及高溫性能差的問題，本發明一種高溫環境下應用的Al?Co?Cr?Fe?Ni?Ta系高強高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni和Ta元素組成，表達式為(AlCoCrFeNi)subgt;100?x/subgt;Tasubgt;x/subgt;，x為2?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，得到的高熵合金在室溫下具有高強度和高硬度，而且具有良好的高溫性能，在高溫環境下具有較高強度。本發明應用于高熵合金領域。

技術領域

本發明涉及一種高溫環境下應用的Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ta系高強高熵合金及制備方法。

背景技術

近年來，人們設計了一種新型合金，稱為高熵合金或復雜濃縮合金。高熵合金是一種具有簡單晶體結構和優異性能的新一代合金，已成為金屬材料研究領域的熱點。與具有一種或兩種主元的傳統合金不同，高熵合金具有多個主元，每個元素的范圍在5～35at.％之間。高熵合金的設計策略為獲得具有新型成分和性能的合金提供了巨大的可能性。

與其他典型的高熵合金體系(如難熔高熵合金或基于CoCrFeMnNi的高熵合金)相比，相對輕質的Al_xCoCrFeNi高熵合金具有優異的綜合性能和結構靈活性。通過改變Al的摩爾比，調整Al_xCoCrFeNi高熵合金中FCC或BCC的形成，以獲得不同的機械性能。其中，等原子比的AlCoCrFeNi高熵合金具有輕質的特點，因此被視為中高溫結構應用的潛在候選者。然而，AlCoCrFeNi高熵合金在高溫情況下由于結構不穩定、易發生相轉變，進而造成強度和硬度的損失，限制了其作為高溫結構材料的應用，如何大幅度提升AlCoCrFeNi高熵合金強度和硬度變成了亟需解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有高熵合金強度和硬度低以及高溫性能差的問題，提出一種高溫環境下應用的Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ta系高強高熵合金及制備方法。

本發明一種高溫環境下應用的Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ta系高強高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni和Ta元素組成，表達式為(AlCoCrFeNi)_100-xTa_x，x為2-6，其中Al、Co、Cr、Fe、Ni為等原子比。

本發明一種高溫環境下應用的Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ta系高強高熵合金的制備方法，按以下步驟進行：一、按比例稱取Al、Co、Cr、Fe、Ni和Ta，得到原材料；

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、Ta、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，冷卻得到高溫環境下應用的Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ta系高強高熵合金；其中每次熔煉時將紐扣錠樣品翻面。

本發明通過在AlCoCrFeNi體系中引入Ta元素，有效調節硬質Laves相在晶界的析出，改善合金室溫下的強度和硬度，同時，Cr₂Ta結構的Laves相，在高溫下表現出良好的抗蠕變性能，在高溫下仍然能保持的高強度，使得其具有良好的高溫性能。本發明公開一種在室溫和高溫下兼具較高強度的高熵合金，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。

本發明的有益效果：