CrCuNiFeTiMo高熵合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐磨、耐蚀高熵合金材料及其制备技术。高熵合金材料成分为CrCuNiFeTiMo，其中，Cu:Cr:Fe:Ni:Ti:Mo的摩尔比依次为：1:1:1:1:1:1。其制备过程如下：（1）称料：按照等摩尔比称量各金属材料；（2）熔炼合金：使用非自耗真空电弧熔炼炉对称量的材料重复熔炼4次以上。本发明专利技术制备的CrCuNiFeTiMo高熵合金主要组成相为FCC相和少量的Laves相，具有耐磨和耐蚀等优点，该合金在耐磨和耐蚀领域具有很好的应用前景。

CrCuNiFeTiMo High Entropy Alloy Material and Its Preparation Method

The invention relates to a wear-resistant and corrosion-resistant high-entropy alloy material and its preparation technology. The composition of high-entropy alloy material is CrCuNiFeTiMo, in which the molar ratio of Cu:Cr:Fe:Ni:Ti:Mo is 1:1:1:1:1 in turn. The preparation process is as follows: (1) weighing: weighing each metal material according to the equal molar ratio; (2) smelting alloy: using non-consumable vacuum arc furnace to smelt symmetrical material for more than four times. The CrCuNiFeTiMo high-entropy alloy prepared by the invention consists mainly of FCC phase and a small amount of Laves phase, which has the advantages of wear resistance and corrosion resistance, and has good application prospects in the field of wear resistance and corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
CrCuNiFeTiMo高熵合金材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高熵合金材料及其制备方法，具体地说，涉及一种耐磨、耐蚀的CrCuNiFeTiMo高熵合金及其制备方法，属于合金材料及其制备

技术介绍
传统的合金是以一种金属元素为主（含量一般超过50%），通过添加微量合金元素来改善和提高合金性能，如提高强度、硬度、抗压强度、耐蚀性、热稳定性等。但是，添加过多的合金元素种类会出现较多的脆性金属间化合物，使得合金的机械性能降低；另外，化合物过多会对合金组织的研究产生不利的影响。因此，传统的合金设计理念不利于合金向多主元方向发展。中国台湾学者叶均蔚教授突破了材料设计的传统观念，提出高熵合金的概念，并定义高熵合金是由原子百分比在5％~35％之间的5种或5种以上元素组成的具有简单固溶体相的合金。多主元高熵合金打破了以一种合金元素为基的传统合金设计模式，可通过合金成分优化设计，获得具有显微结构简单化、纳米析出物、非晶结构、纳米晶粒等组织特征和高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、耐高温蠕变、抗高温氧化等特性优异的性能组合的合金，可广泛用于耐高压、耐腐蚀化工容器及船舶上的高强度耐蚀件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发出具有优异性能的耐磨、耐蚀高熵合金——CrCuNiFeTiMo高熵合金，使其满足在现代工业中人们对材料耐磨和耐蚀性能的要求，使得高熵合金在应用领域得到广泛应用。本专利技术为解决上述技术问题而采取的技术方案为：一种高熵合金材料，成分为CrCuNiFeTiMo，其中，Cr：Cu：Ni：Fe：Ti：Mo的摩尔比依次为：1:1:1:1:1:1。本专利技术为解决上述技术问题而采取的技术方案还包括：一种成分为CrCuNiFeTiMo的高熵合金材料的制备方法，其特征在于具体是按以下步骤完成的：1）采用纯度不小于99.5%的Cu、Cr、Fe、Ni、Ti和Mo材料按照等摩尔比例进行精确的称量配比，采用原材料的形态均为除粉末状外的片状、块状或大颗粒状；2）使用非自耗真空电弧炉熔炼合金，把称量的材料混合放置在外围熔炼池中，并将纯钛粒放置在最中间的熔炼池内，放置完毕之后关闭炉门，拧紧样品室封闭旋钮；3）对样品室抽真空，当真空度达到5×10-3Pa后，充入纯度≥99.99%氩气直到炉内压力达到半个大气压，并重复此步骤2~3次；重复抽真空的目的在于洗气，反复充放氩气使得熔炼炉中的空气尽量减到最小；4）真空抽完之后充放氩气直到炉内压力达到半个大气压，此时便可开始进行熔炼；在熔炼样品之前先将熔炼池中的纯钛粒熔炼一遍，尽量将炉中残留的氧气消耗殆尽；5）熔炼过程中为了使原料更好地混合均匀，每次熔炼合金熔化后，电弧保持时间在120~150s，待合金块冷却后将其翻转，如此重复4次以上；6）熔炼4次以上之后停止熔炼，根据所需产品的尺寸形状，可将重复熔炼后的合金液浇铸在模具内，然后冷却获得本专利技术合金材料。本专利技术的原理及有益效果在于：1.本专利技术提供了一种耐磨、耐蚀CrCuNiFeTiMo高熵合金，所述高熵合金由FCC相和少量的Laves相组成，合金组织均匀，具有优异的耐磨、耐蚀性能；具有广阔的应用前景。2.本专利技术提供了一种耐磨、耐蚀CrCuNiFeTiMo高熵合金的制备方法，采用非自耗真空电弧熔炼炉熔炼法进行制备，制备方法简单可靠，获得的高熵合金组织均匀稳定。附图说明图1为实施例中制备的CrCuNiFeTiMo高熵合金的金相组织。具体实施方式：以下由特定的具体实施例说明本专利技术的制备方式及工艺性能，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容全面地了解本专利技术的优点及作用。1.CrCuNiFeTiMo高熵合金成分设计。本实施方式是一种由Cr、Cu、Ni、Fe、Ti和Mo六种元素组成的CrCuNiFeTiMo高熵合金，其中，Cr:Cu:Ni:Fe:Ti:Mo的摩尔比依次为1:1:1:1:1:1。2.CrCuNiFeTiMo高熵合金的制备。高熵合金的制备是最关键的一个步骤，制备过程如下：1）原料准备：本专利技术采用的合金冶炼原料为高纯（纯度不小于99.5%）Cr、Cu、Ni、Fe、Ti和Mo元素，所用的原材料原材料的形态均为除粉末状外的片状、块状或大颗粒状。2）称料：按照等摩尔比例进行精确的称重配比Cr、Cu、Ni、Fe、Ti和Mo材料，供熔炼制备合金使用。3）熔炼制备高熵合金：①使用非自耗真空电弧炉熔炼合金，首先把称量的材料混合放置在外围熔炼池中，并将纯钛粒放置在最中间的熔炼池内，放置完毕之后关闭炉门，拧紧样品室封闭旋钮；②对样品室抽真空，当真空度达到5×10-3Pa后，充入纯度≥99.99%的氩气直到炉内压力达到半个大气压，并重复此步骤2~3次；重复抽真空的目的在于洗气，反复充放氩气使得熔炼炉中的空气尽量减到最小；③真空抽完之后充放氩气直到炉内压力达到半个大气压，此时便可开始进行熔炼；在熔炼样品之前先将熔炼池中的纯钛粒熔炼一遍，尽量将炉中残留的氧气消耗殆尽；④熔炼过程中为了使原料更好地混合均匀，每次熔炼合金熔化后，电弧保持时间在120~150s，待合金块冷却后将其翻转，如此重复4次以上；⑤熔炼4次以上之后停止熔炼，待合金随炉冷却至室温后打开非自耗真空电弧熔炼炉取出样品，最终得到一个椭球状的CrCuNiFeTiMo高熵合金铸锭；亦可在熔炼完成之后，根据所需产品的尺寸形状，可将重复熔炼后的合金液浇铸在模具内，然后冷却获得本专利技术合金材料。3.CrCuNiFeTiMo高熵合金的组织结构及性能。1）X射线衍射（XRD）测试及相组成分析利用线切割将获得的铸锭切割成10mm×10mm×2mm尺寸的长方形样品，再依次将样品依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂纸仔细研磨，再使用抛光机进行抛光。X射线衍射物相分析在日本理学RigakuD/Max2500X射线衍射仪上进行。设备技术规格：使用Cu作为辐射源，石墨单色器，操作电压40kV、电流250mA，自转靶。扫描速率8°/min，选择衍射角范围为2θ=5-90°。利用MDI-Jade6.0软件分析实验数据，确定物相，结果显示合金的主要组成相是FCC相和Laves相。2）显微组织分析利用线切割将获得的铸锭切割成5mm×5mm×4mm尺寸的方形样品，再对样品依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂纸仔细研磨，再使用抛光机进行抛光。图1所示为CrCuNiFeTiMo高熵合金的枝晶组织。3）显微硬度测定及分析使用线切割机将铸锭切割成5mm×5mm×4mm尺寸的方形样品，再对样品依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂纸仔细研磨，再使用抛光机进行抛光。采用HZr-1000型显微硬度计测试试样的硬度，该显微硬度计的试验力为9.807N(1kgf)，加载15s。试样选取7个不同位置测量其显微硬度，去掉最高硬度值和最低硬度值，取其余硬度值的平均数值作为试样的显微硬度值，最终得到该合金的显微硬度值为625.8HV。4）耐腐蚀性能测定及分析利用线切割将获得的铸锭切割成10mm×10mm×2mm尺寸的方形样品，再依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂纸对样品仔细研磨，研磨好后用抛光机进行抛光，抛光后的样品放入酒精中用超声波清洗仪清洗30min，再用去离子水清洗，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熵合金材料，其特征在于：所述高熵合金成分为CuCrFeNiTiMo，其中，Cu:Cr:Fe:Ni:Ti:Mo的摩尔比依次为1:1:1:1:1:1，其相组成为FCC相和少量的Laves相；所述CuCrFeNiTiMo高熵合金材料的制备方法，其特征在于具体是按以下步骤完成的：1）采用Cr、Cu、Ni、Fe、Ti和Mo六种金属材料，按照等摩尔比例进行精确的称量配比，供熔炼制备合金使用；2）使用非自耗真空电弧炉熔炼合金，把称量的材料混合放置在外围熔炼池中，并将纯钛粒放置在最中间的熔炼池内，放置完毕之后关闭炉门，拧紧样品室封闭旋钮；3）对样品室抽真空，当真空度达到5×10‑3Pa后，充入纯度≥99.99%氩气直到炉内压力达到半个大气压，并重复此步骤2~3次；重复抽真空的目的在于洗气，反复充放氩气使得熔炼炉中的空气尽量减到最小；4）真空抽完之后充放氩气直到炉内压力达到半个大气压，此时便可开始进行熔炼；在熔炼样品之前先将熔炼池中的纯钛粒熔炼一遍，尽量将炉中残留的氧气消耗殆尽；5）熔炼过程中为了使原料更好地混合均匀，每次熔炼合金熔化后，电弧保持时间在120~150s，待合金块冷却后将其翻转，如此重复4次以上；6）熔炼4次以上之后停止熔炼，根据所需产品的尺寸形状，可将重复熔炼后的合金液浇铸在模具内，然后冷却获得。...

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金材料，其特征在于：所述高熵合金成分为CuCrFeNiTiMo，其中，Cu:Cr:Fe:Ni:Ti:Mo的摩尔比依次为1:1:1:1:1:1，其相组成为FCC相和少量的Laves相；所述CuCrFeNiTiMo高熵合金材料的制备方法，其特征在于具体是按以下步骤完成的：1）采用Cr、Cu、Ni、Fe、Ti和Mo六种金属材料，按照等摩尔比例进行精确的称量配比，供熔炼制备合金使用；2）使用非自耗真空电弧炉熔炼合金，把称量的材料混合放置在外围熔炼池中，并将纯钛粒放置在最中间的熔炼池内，放置完毕之后关闭炉门，拧紧样品室封闭旋钮；3）对样品室抽真空，当真空度达到5×10-3Pa后，充入纯度≥99.99%氩气直到炉内压力达到半个大气压，并重复此步骤2~3次；重复抽真空的目的在于洗气，反...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖逸锋，夏秀艳，邓季龙，许艳飞，吴靓，钱锦文，张乾坤，贾友禄，周水波，叶明强，曾毅夫，谢祎，
申请(专利权)人：湘潭大学，永州市产商品质量监督检验所，
类型：发明
国别省市：湖南,43