一种Al-Ni-Zr-Y-Co高熵非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Al

【技术实现步骤摘要】
一种Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于非晶合金材料领域，具体涉及一种具有较高硬度与良好的耐腐蚀性能的高熵非晶合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]人类生活的地球表面70％多被海洋覆盖，海洋是生命的摇篮、资源的宝库、交通的命脉。21世纪是“海洋的世纪”，发展海洋事业已成为全世界的广泛共识，合理开发和利用海洋资源是世界各国共同关注的话题。当今，海洋科技已进入全球科技竞争的前沿，并成为国家间综合实力较量的焦点之一。海洋科技的发展离不开海洋工程材料的不断开发，面临严酷的海洋服役环境，高性能海洋耐蚀材料的研究应用成为当下业界追逐的热点，同时开发具有更耐海洋腐蚀的装备材料愈显迫切。
[0003]目前海洋工程用金属材料包括常见的T10钢和45号钢等，但是钢材密度较高、耐腐蚀性能较差、抗磨损性能不强以及不锈钢在大量使用下工程造价过高等不利因素严重制约了其广泛发展。
[0004]非晶合金(metallic glasses,MGs)在20世纪60年代由美国的Duwez教授通过熔体旋淬法首次获得，其原子排列呈现长程无序、短程有序的特点，表现为宏观各向同性，不存在晶态材料中常见的位错、晶界等缺陷，普遍具有超高的断裂韧度和优异的耐腐蚀性能以及独特的自修复能力等特点。
[0005]高熵合金(high
‑
entropy alloys,HEAs)的概念由叶均蔚于2004年正式提出：由5种或5种以上元素按等原子比或近等原子比构成的固溶体合金，其中各主元的原子分数在5％～35％之间；它是基于“化学无序”发展旳新材料，其突破了传统合金材料基元的限制，创新性地从熵的角度开发和研究合金材料，开创了金属材料全新的研究领域。
[0006]高熵非晶合金(high
‑
entropy metallic glasses,HE
‑
MGs)是近年来发展起来的一种新型材料，中科院物理所汪卫华院士课题组于2011年首次提出了高熵非晶合金的概念，同时制备出具有无序结构并能在室温下表现出类似于高分子热塑性变形行为的块体高熵非晶合金Zn
20
Ca
20
Sr
20
Yb
20
(Li
0.55
Mg
0.45
)
20
。随后不久，日本东北大学的Takeuchi等制备出同时含有金属元素与非金属元素的高熵非晶合金Pd
20
Pt
20
Cu
20
Ni
20
P
20
。它综合利用了高熵合金与非晶合金的设计理念，兼备高熵合金的“化学无序”和非晶合金的“结构无序”的性能特点，具有1+1>2的综合效果，所以其开发与应用备受瞩目。近10年来，国内外学者对该类材料进行了初步探究，加深了对其基本性能的理解，拓宽了高熵非晶合金作为一种功能材料的使用范围。
[0007]因此开发适合大面积推广使用的、兼顾力学性能与耐腐蚀性能的高熵非晶合金在面向海洋大型装备服役防护方面应该具有天然优势。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供一种Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金，该高熵非晶合
金具有较高的硬度与抗腐蚀能力，可作为海洋环境下大型装备防护涂层的制备原料使用。
[0009]本专利技术的另一目的在于提供上述Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金的制备方法，该制备方法操作步骤简单易行、过程易于控制，能够获得成分均匀、力学性能突出且耐腐蚀性能较佳的高熵非晶合金。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供一种Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金，该耐腐蚀高熵非晶合金的化学式为(Al
1/4
Ni
1/4
Zr
1/4
Y
1/4
)
100
‑
x
Co
x
，其中，x＝5～25，且Al、Ni、Zr、Y为等原子比。
[0011]即表示Co的原子分数为5％～25％，Al、Ni、Y的原子分数之和为75％～95％且Al、Ni、Zr、Y为等原子比，各占原子分数的1/4。
[0012]本专利技术还提供上述Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金的制备方法，包括如下步骤：
[0013]1)按照所述合金化学式中原子分数称取所需质量的Al、Ni、Zr、Y和Co颗粒或块体原料并进行表面处理；
[0014]2)将步骤1)中配置好的所需原料在真空电弧炉中用熔炼电流为150～180A熔炼制成母合金锭；
[0015]3)取步骤2)中所述的母合金锭破碎，然后置于石英管中，将石英管置于真空甩带机的感应线圈中将母合金锭熔化，熔化后将液态合金喷射到真空甩带机内高速旋转的铜辊轮表面快速冷却得到条带状高熵非晶合金。
[0016]更进一步地，所述步骤1)中表面处理为将颗粒或块体原料进行机械打磨去除表面氧化皮，然后用丙酮或酒精进行30s的超声清洗，重复清洗1
‑
3次。
[0017]更进一步地，所述步骤2)中的真空电弧炉中的真空度为4.5
×
10
‑3Pa～5.0
×
10
‑3Pa。
[0018]更进一步地，所述步骤2)中，在真空电弧炉中熔炼时反复熔炼3
‑
5次。
[0019]更进一步地，步骤3)中的甩带机中的真空度为6.5
×
10
‑3Pa～7.5
×
10
‑3Pa，通过充入氩气，重复抽真空操作确保炉腔内无杂质气体，并调整石英管内、外压差为0.02Pa。。
[0020]更进一步地，所述步骤(3)中铜辊的表面线速度为25～40m/s。
[0021]更进一步地，所述条带状高熵非晶合金的厚度为30～40μm，宽度为1.5～2.5mm。
[0022]本专利技术还提供一种上述Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金作为海洋工程用钢的表面防护材料的应用。
[0023]在制备过程中，步骤2)所限定熔炼电流范围保证了原料的的完全熔融，若电流太小，元素颗粒不会完全熔融，若电流太大，容易导致低熔点元素Al挥发，使得合金成分出现较大误差。而反复熔炼3
‑
5次，保证母合金锭成分均匀，也是为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金，其特征在于，该Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金的化学式为(Al
1/4
Ni
1/4
Zr
1/4
Y
1/4
)
100
‑
x
Co
x
，其中，x＝5～25，且Al、Ni、Zr、Y为等原子比。2.一种根据权利要求1所述的Al
‑
Ni
‑
Zr
‑
Y
‑
Co高熵非晶合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按照所述合金化学式中原子分数称取所需质量的Al、Ni、Zr、Y和Co颗粒或块体原料并进行表面处理；2)将步骤1)中配置好的所需原料在真空电弧炉中用熔炼电流为150～180A熔炼制成母合金锭；3)取步骤2)中所述的母合金锭破碎，然后置于石英管中，将石英管置于真空甩带机的感应线圈中将母合金锭熔化，熔化后将液态合金喷射到真空甩带机内高速旋转的铜辊轮表面快速冷却得到条带状...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁秀兵，张舒研，张志彬，胡振峰，王鑫，何鹏飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：