CuNbTaTiV耐蚀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蚀高熵合金材料及其制备方法。CuNbTaTiV高熵合金材料的制备过程如下：(1)按照等摩尔比配制各金属粉末；(2)使用混粉机将粉末混合均匀；(3)将混合好的粉末放入真空干燥箱中干燥(4)将干燥后的粉末在压力机下冷压成型；(5)使用非自耗真空电弧熔炼炉对压制成块的样品进行熔炼。本发明专利技术制备的CuNbTaTiV高熵合金主要为BCC结构，具有耐蚀性强的优点，该合金具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
CuNbTaTiV耐蚀高熵合金材料及其制备方法
本专利技术属于合金材料及其制备
，具体提供了一种耐蚀的CuNbTaTiV高熵合金及其制备方法。
技术介绍
传统合金由一种元素作为基体(一般含量超过50％)，通过添加其他元素来获得相应性能，如以Al元素为基体的铝合金、以Fe元素为基体的钢铁合金、以Ti元素为基体的钛合金。一般认为，合金中添加元素越多，合金中越容易生成化合物或其他脆性相，也给研究人员带来分析上的困难。传统合金的设计理念限制了金属材料的多元化发展，且随着时代的发展，传统合金材料越来越难满足社会生产需要。上世纪90年代，中国台湾学者叶均蔚突破传统合金设计理念，提出多组元高熵合金的概念。高熵合金又称多主元高混乱度合金，一般是在三十几种金属元素中选择五种或五种以上，所有元素以等摩尔比或近似等摩尔比的比例进行混合制备而成。高熵合金中每种组成元素都可以认为是溶质原子，金属元素种类的增加提高了多组元合金内部整体的混乱程度，同时提高了系统混合熵，称之为高熵效应。高熵效应促进了元素间的混合，使得多种主元素倾向混乱排列而形成简单的体心立方晶体、面心立方晶体或密排六方晶体，却抑制了脆性的金属间化合物的形成，这就使得高熵合金的结构分析变得简单。高熵合金因其各组成元素都可被认为是溶质原子，并且由于其原子大小种类不同而存在严重晶格畸变效应，使得高熵合金的固溶强化效果显著，材料的强度和硬度都较高。高熵合金的基体为固溶体相，其相变需要通过各组元之间的相互作用协同扩散来实现。这种协同扩散和严重的晶格畸变增加了原子扩散的阻力，降低了原子的有效扩散速率，称之为迟滞扩散效应。迟滞扩散效应使高熵合金更易于形成纳米晶相，甚至非晶相。此外，高熵合金还具有其特有的“鸡尾酒”效应，即多主元合金包含多种元素，元素的相互作用取长补短，呈现出复杂的综合效应。高熵合金与传统合金相比具有优异的性能，尤其是在合金设计方面拥有特别大的空间，研究人员可以根据生产及使用的需求，依照合金设计理念，设计出满足需求的高熵合金，然后开发利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发出耐蚀性能优异的CuNbTaTiV高熵合金，使其满足在现代工业中人们对材料耐蚀性能的要求，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：一种耐蚀高熵合金材料，成分为CuNbTaTiV，其中，Cu:Nb:Ta:Ti:V的摩尔比依次为：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CuNbTaTiV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：步骤一、原料称取：采用纯度99.5％以上的冶金原料Cu、Nb、Ta、Ti、V金属粉末，按照等摩尔比例进行精确称量配比，再将其混合均匀；步骤二、原料混合：将混好的粉末放入真空干燥箱中70℃下干燥2小时；步骤三、原料压制：使用压样机将干燥后的粉末压制成圆柱状，厚度2～4mm，供熔炼制备合金使用；步骤四、熔炼：使用非自耗真空电弧炉熔炼合金，①用酒精擦拭熔炼槽及炉内壁，然后用吹风机将炉内吹干，保证炉内的清洁，以免混入杂质；②将块状的样品放置在外围的熔炼槽内，并将纯钛粒放置在最中间的熔炼槽内，放置完毕之后关闭炉门，拧紧样品室四个封闭旋钮；③先抽低真空达到5Pa后，抽高真空达到5×10-3Pa，后冲入高纯度氩气(纯度≥99.99％)达到半个大气压后可开始进行熔炼，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熔炼过程中控制电弧以样品中心沿着样品边缘缓慢做圆周运动，待边缘融化后减小圆周轨迹半径，直至样品全部熔化，每次熔炼合金熔化后，重复1～2次此过程，待合金块冷却后将其翻转，如此重复4次以上，保证原料混合均匀，随炉冷却后得到CuNbTaTiV高熵合金。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蚀CuNbTaTiV高熵合金，所述高熵合金主要由BCC相和少量的Cu4Ti3组成。2.所述CuNbTaTiV高熵合金在3.5％NaCl和15％HNO3溶液中腐蚀电流密度小，具有优异的耐腐蚀性能，有广阔的应用前景。3.本专利技术提供了一种耐蚀CuNbTaTiV高熵合金的制备方法，采用非自耗真空电弧熔炼炉熔炼进行制备，制备工艺简单，成本低，安全可靠。附图说明图1为实施例中制备的CuNbTaTiV高熵合金的X射线衍射图谱图2为实施例中制备的CuNbTaTiV高熵合金的金相显微组织图3为实施例中制备的CuNbTaTiV高熵合金在不同腐蚀溶液中的极化具体实施方式：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、CuNbTaTiV高熵合金成分设计本实施方式是一种由Cu、Nb、Ta、Ti、V五种元素组成的CuNbTaTiV高熵合金，其中，Cu:Nb:Ta:Ti:V为等摩尔比。2、CuNbTaTiV高熵合金的制备具体制备过程如下：1)原料准备：本专利技术采用的合金冶炼原料为高纯Cu、Nb、Ta、Ti、V金属粉末(纯度在99.5％以上)；2)称重配粉：按照摩尔比例进行精确的称重配比，并将称重之后的粉末材料混合在一起，使用V型混粉机上匀速混合12h；3)粉末干燥：将混好的粉末放入真空干燥箱中70℃下干燥2小时；4)压制成块：将混合好的粉末在冷压机上冷压成形，保压时间约为90-120s；4)熔炼制备高熵合金：1.用酒精擦拭熔炼炉内壁及熔炼槽，吹风机吹干。2.将圆饼状样品放入熔炼槽中，同时将钛片单独放在一个熔炼槽用以引弧和消耗残余氧气。3.先抽低真空达到5Pa后，抽高真空达到5×10-3Pa，后冲入高纯度氩气(纯度≥99.99％)达到半个大气压。4.开始进行熔炼，钛片用作引弧，并在熔炼样品之前先将熔炼池中的纯钛粒熔炼一遍，消耗残余氧气。5.熔炼过程中控制电弧以样品中心为圆心沿着样品边缘缓慢做圆周运动，待边缘融化后减小圆周轨迹半径，直至样品全部熔化，每次熔炼合金熔化后，重复1～2次此过程，待合金块冷却后将其翻转，如此重复4次以上，保证原料混合均匀，冷却后得到纽扣状CuNbTaTiV合金铸锭。3、CuNbTaTiV高熵合金的组织结构及性能1)X射线衍射(XRD)测试及相组成分析用线切割机将金属锭切割成10mm×10mm×4mm尺寸的长方体样品，将样品进行超声波清洗，然后将测试面依次用400#、600#、800#、1000#和1200#砂纸打磨至光滑，进行抛光，最后进行XRD测试。如图1所示的CuNbTaTiV高熵合金的XRD测试结果显示：CuNbTaTiV高熵合金的主要由BCC固溶体相和少量的Cu4Ti3组成。2)金相组织分析线切割得到10mm×10mm×4mm的方形样品，对样品依次使用400#、600#、800#、1000#和1200#的金相砂纸仔细研磨，研磨后使用抛光机进行抛光。用金相显微镜观察的试样组织。由图2可知CuNbTaTiV高熵合金为枝晶状组织。3)耐腐蚀性能测定及分析线切割得到10mm×10mm×4mm的样品经砂纸打磨抛光后放入酒精中用超声波清洗仪清洗30min，再用去离子水清洗，干燥后将样品非工作面与铜导线连接，用环氧树脂对样品进行封装并留出10mm×10mm的工作面。使用CS350系列电化学工作站本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熵合金材料，其特征在于所述合金成分为CuNbTaTiV，其中Cu:Nb:Ta:Ti:V的摩尔比为1:1:1:1:1，使用的原料为Cu、Nb、Ta、Ti、V金属粉末，且粉末纯度均在99.5%以上。

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金材料，其特征在于所述合金成分为CuNbTaTiV，其中Cu:Nb:Ta:Ti:V的摩尔比为1:1:1:1:1，使用的原料为Cu、Nb、Ta、Ti、V金属粉末，且粉末纯度均在99.5%以上。2.一种高熵合金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：精确称量Cu、Nb、Ta、Ti、V金属粉末冶金原料，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：许艳飞，欧阳豪，唐佳毅，肖逸锋，吴靓，钱锦文，张明华，贾友禄，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43