一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新型合金材料技术领域，提供了一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金材料及其制备方法，高熵合金的成分为CrMnFeVTi；上述组分的原子百分比为：1:1:1:1:1；所选用的Cr、Mn、Fe、V和Ti的原材料纯度均不低于99％。其制备方法包括：配料，球磨和烧结，最后制备出圆柱状高熵合金样品。本发明专利技术的高熵合金由体心立方结构(BCC)+面心立方结构(FCC)固溶体相组成的双相高熵合金，具有优越的耐磨性和耐腐蚀性，抗压强度和硬度超高，能满足现代工业中对材料性能要求；且该高熵合金粉末可应用于涂层，作为耐磨、耐腐蚀涂层使用。

A high entropy alloy with high strength, hardness and corrosion resistance CrMnFeVTi and its preparation method

The present invention relates to the technical field of new alloy materials, provides an ultra high strength, hardness and corrosion resistance of CrMnFeVTi high entropy alloy material and a preparation method of high entropy alloy composition is CrMnFeVTi; the percentage of atomic components: 1:1:1:1:1; purity of raw material is selected Cr, Mn, Fe, V and Ti are not less than 99%. The preparation methods include batching, ball milling and sintering, and finally preparing a cylindrical high entropy alloy sample. High entropy alloy of the present invention consists of a body centered cubic structure (BCC) + fcc structure (FCC) solid solution phase high entropy alloy, has excellent wear resistance and corrosion resistance, high compressive strength and hardness, can meet the requirements on the properties of the material in the modern industry and the high; entropy can be used in the alloy powder coating, as wear and corrosion resistance coating.

【技术实现步骤摘要】
一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金及其制备方法
本专利技术涉及新型合金材料
，特别涉及一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金及其制备方法。
技术介绍
高熵合金是最近发展起来的一种新型金属材料，它打破了传统合金以一种或两种金属元素为主元的设计观念，是一种一般包括五种或五种以上的组元、组元之间为等原子比或者近似等原子比，且每种组元的含量在5％～35％之间的新型合金体系。由于高熵合金效应，含有等原子百分比或近似等原子百分比的多组元合金并没有形成结构复杂的脆性金属间化合物，反而能够形成简单的面心立方结构(FCC)固溶体或体心立方结构(BCC)固溶体甚至非晶相，赋予合金优良的综合性能，例如高强度、高硬度、优异的加工硬化能力、抗高温软化、耐腐蚀和高电阻率等，因此高熵合金具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金及其制备，确定了合金的成分和制备工艺，测试了合金的组织结构和相关性能。本专利技术一种超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金，组成为CrMnFeVTi；上述组分的原子百分比为：Cr:Mn:Fe:V:Ti＝1:1:1:1:1。本专利技术提供了一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金及其制备方法，包括如下步骤：步骤一、配料：按照上述表达式的原子百分比换算成质量比，称取Cr、Mn、Fe、V、Ti各个金属元素的原料粉，混合均匀；步骤二、球磨：待步骤一混合均匀后，使用1wt.％的酒精作为控制剂进行机械合金化，球磨过程中的球料比为10:1～15:1，球磨转速为260～280rpm/min，球磨时间为55～65h；步骤三、烧结：将步骤二球磨后的粉料装入模具，在真空条件下进行放电等离子烧结，烧结温度为1100～1180℃，采用石墨模具，烧结压力为30～50MPa，保温时间为4～6min，保温结束后随炉冷却，制成直径为30mm，高度为10mm的超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金圆柱。所述金属元素Cr、Mn、Fe、V和Ti粉末原料纯度为99％～99.99％，粒径大小为325～400目。所述步骤二的球磨过程中采用碳化钨球磨罐，Φ10mm以及Φ5mm的碳化钨研磨球。本专利技术的优点在于：该高熵合金是由BCC+FCC固溶体组成的双相高熵合金，具有优越的耐磨性和耐腐蚀性，抗压强度和硬度超高，能满足现代工业中对材料性能要求；且该高熵合金粉末可应用于涂层，作为耐磨、耐腐蚀涂层使用。附图说明附图1为CrMnFeVTi高熵合金的X射线衍射图谱(部分有序的FCC相(orderedFCC)和FCC相成分相同,有序相很少，故成为双相高熵合金)。附图2为CrMnFeVTi高熵合金的透射电镜明场像照片(箭头所示为晶界处的位错塞积)。具体实施方式下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本专利技术实施例一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金，所述超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金的成分为CrMnFeVTi；上述组分的原子百分比为1:1:1:1:1。在制备所述高熔点高熵合金时，所选用的Cr、Mn、Fe、V和Ti的原材料纯度均不低于99％，优选为99％～99.9％。本实施例超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金制备过程如下：步骤一、按照原子百分比Cr:Mn:Fe:V:Ti＝1:1:1:1:1换算成质量比，称取Cr、Mn、Fe、V、Ti各个金属元素的原料粉，混合均匀；步骤二、将混合均匀的原料粉末与500g碳化钨研磨球一起装入碳化钨球磨罐，使用1wt.％的酒精作为控制剂进行机械合金化，球磨转速为270rpm/min，球磨时间为60h；步骤三、将球磨60h后的粉末取出装入石墨模具，在真空条件下进行放电等离子烧结。具体烧结参数为：烧结温度为1150℃，烧结压力为40MPa，保温时间为5min。待烧结温度随炉冷却至室温，取出模具，将样品脱模，即得直径为30mm，高度为10mm的超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金圆柱。合金的组织结构及性能分析如下：X射线衍射(XRD)结果：利用线切割将试样切割成Φ30×2mm圆片后，将试样表面依次用120#、320#、600#、1200#和2500#的金相砂纸仔细研磨。使用X射线衍射仪对金相样品进行相组成分析，扫描步长0.1s-1，扫描角度2θ的范围从10°到90°。测试结果如图1所示。透射电镜(TEM)结果：从块状试样上线切割0.2mm厚的圆片，然后机械剪薄至50μm左右，冲出直径为Φ3mm圆片，再用凹面磨坑机在圆片中部磨出凹坑，使中央最薄处厚度约为25～30μm。最后采用离子减薄仪减薄直至穿孔，从而可获得TEM试样。TEM观察过程中用的加速电压为100kV，观察结果如图2所示。组织分析发现，该合金由BCC+FCC双相结构组成，其中BCC为基体，如图1所示；合金组织的晶粒尺寸细小，且位错密度较大，如图2所示。合金十分耐腐蚀，使用王水腐蚀15s，无明显组织特征出现，使用4％硝酸酒精腐蚀5min也无明显组织特征出现。显微硬度：使用FM-800数显显微维氏硬度计测定合金的显微硬度，硬度测试之前，将合金试样使用经120#、320#、600#、1200#和2500#的金相砂纸仔细研磨，并进行机械抛光。试验时加载的载荷为300gf，保持10s。每个样品随机测试7个点，去除最大最小的数据后，取剩余5个数据点的平均值作为该合金的显微硬度值，如表1所示。表1实施例中超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金的显微硬度用Instron8801力学性能试验机测试合金的室温压缩力学性能，试样尺寸为Φ3×4.5mm，应变速率为8×10-4s-1，合金具有很高的抗压强度，高达2279.53MPa；在压缩过程中表现为脆性断裂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金，其特征在于，所述超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金的组成为CrMnFeVTi；上述组分的原子百分比为：Cr:Mn:Fe:V:Ti＝1:1:1:1:1。

【技术特征摘要】
1.一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金，其特征在于，所述超高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金的组成为CrMnFeVTi；上述组分的原子百分比为：Cr:Mn:Fe:V:Ti＝1:1:1:1:1。2.如权利要求1所述的超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金，其特征在于，在制备所述的高强度、硬度及耐腐蚀高熵合金时，所选用的Cr、Mn、Fe、V和Ti的原材料纯度为99％～99.99％。3.一种如权利要求1或2所述的的超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金块体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、配料：按照上述表达式的原子百分比换算成质量比，称取Cr、Mn、Fe、V、Ti各个金属元素的原料粉，混合均匀；步骤二、球磨：待步骤一混合均匀后，使用1wt.％的酒精作为控制剂进行机械合金化，球磨过...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴素君，宋若康，邵玲，叶帆，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11