一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为Al

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]高熵合金是由四种或四种以上主元金属组成的新型合金，具有高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和“鸡尾酒效应”等特性。该类合金在力学性能、抗腐蚀性能以及高温抗氧化性能等方面具有优于传统合金的性能，且具有很高的灵活性和可设计性。这些优异的性能使得高熵合金在航空航天、机械等领域具有非常广阔的应用空间，尤其在航空航天领域以及新能源领域中，具有高比强度的轻质耐腐蚀合金具有重要的应用前景。
[0003]在碳达峰和碳中和的大背景下，高密度的合金作为结构材料，能耗大，不利于燃料能源的高效利用，而对于新能源汽车而言，轻量化高性能合金更是新能源汽车零部件首选，具有强耐腐蚀性的轻质合金，还可以作为耐腐蚀涂层。因此，开发具有低密度高硬度和强耐腐蚀性的高熵合金，有望作为新能源汽车高耐腐蚀零部件和飞机涂层的候选材料。
[0004]已有研究发现，对于大部分高熵合金，低密度元素Al钝化时容易形成多孔组织，对耐腐蚀性具有不利影响往往被舍弃。因此，设计强耐腐蚀性的高熵合金的主要依靠Cr、Ni等过渡元素的钝化作用，大量使用这类元素会导致合金密度变大，所以获得低密度和强耐腐蚀性的高熵合金成为难题。
[0005]现有技术公开了一些不同体系的高熵合金，例如CN 111440980A公开了一种含锆的高硬度耐腐蚀高熵合金材料及其制备方法，得到的CoCrFeNiZr
x
高熵合金具有较高的耐腐蚀性和硬度，但作为海洋装备结构材料难以达到轻质要求，对于以燃料能源为主的海洋运输机械而言，不利于不可再生燃料能源的高效利用。
[0006]CN 107488804A公开了一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金及其制备方法，获得了超高强度CrMnFeVTi合金，Ti和V元素保证具有较高的耐腐蚀性，但高密度金属Cr、Mn、Fe难以达到轻质效果，通过机械合金化法和放电等离子烧结制备方法耗时长，效率较低难以满足工业生产需求，通过王水腐蚀组织出现时间难以对耐腐蚀性能进行量化。超高强度一般以牺牲塑性为代价，难以获得较好的综合力学性能，大大限制了其应用。
[0007]CN 111647792A公开了一种轻质高熵合金Al
a
Mg
b
Zn
c
Cr
d
Cu
e
Ti
f
，该合金具有很低的密度，但高含量的活泼金属Al、Mg、Zn难以达到耐腐蚀性要求，在腐蚀环境下难以应用。
[0008]高熵合金理念的提出，打开了合金材料设计的新领域，对设计和发展轻质、耐腐蚀新型合金的提供了新思路。传统合金以一两种元素为主元，主元元素的性质限制了合金的性能更好的发挥，而高熵合金打破了这个概念，为新材料设计和优良性能开发出了一条新途径。利用高熵合金的设计理念，通过高含量的轻质元素和耐腐蚀性元素相互配合，可以开发更轻质的强耐腐蚀性新材料。而且它的成分可设计性，对不耐点蚀的传统不锈钢、由于元素杂质含量偏差大，质量参差不齐的耐腐蚀合金提供了一个新的思路。研究开发轻质、强耐腐蚀高熵合金，对应用于飞机高强结构件的耐腐蚀涂层、轻量化交通以及航空航天等国防
重要工程装备具有重大意义。
[0009]因此，很有必要开发一种具有轻质、高强度和强耐腐蚀性的新型高熵合金，应用于制备耐腐蚀涂层和新能源汽车耐腐蚀零部件等方面。

技术实现思路

[0010]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为Al
x
CoNiVTi
y
；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。本专利技术所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，将轻质金属元素Al与Ti作为改性金属，并进一步限定Al对应的化学计量比x＝0.2～1，Ti对应的化学计量比y＝0.1～1.6，使得本专利技术所述高熵合金具有轻质、高强度和强耐腐蚀性的特征，可应用于制备航空航天上耐腐蚀涂层和新能源汽车上耐腐蚀性新材料；此外，本专利技术所述制备方法具有成本低廉、操作简单和易于工业化生产等优点。
[0011]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]本专利技术的目的之一在于提供一种轻质高强耐腐蚀高熵合金，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为Al
x
CoNiVTi
y
；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。
[0013]本专利技术所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，具有单一的面心立方结构，而Al元素属于BCC相形成元素，能有效诱导BCC相的产生，同时Al、Ti元素的原子半径相对于Co、Ni、V三种元素而言较大，能形成剧烈的晶格畸变，固溶强化效果增强，使合金强度大大增加。Ti元素的耐腐蚀性远远优于不锈钢，能极大地增强合金的耐腐蚀性，消除Al元素的加入导致耐腐蚀性降低的影响同时降低合金密度。控制Al、Ti元素的添加含量，不但能很好的调控BCC相和FCC相的相对含量，获得高强度的同时具有一定的塑性，不至于使得合金变脆，从而影响其使用性。Al和Ti元素的密度低，能降低合金的平均密度，满足轻量化的要求。
[0014]本专利技术所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，将轻质金属元素Al与Ti作为改性金属，并进一步限定Al对应的化学计量比x＝0.2～1，Ti对应的化学计量比y＝0.1～1.6，使得本专利技术所述高熵合金具有轻质、高强度、强耐腐蚀性的特征。
[0015]值得说明的是，本专利技术所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的配比关系采用摩尔比来描述。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC和BCC双相构成。
[0017]值得说明的是，本专利技术所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC和BCC双相构成，BCC结构能增强合金硬度和强度，随着Al含量的增加，高熵合金双相组织呈现明显的网状分布，两相相对含量发生变化。
[0018]优选地，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的密度＜7.00g/cm3，硬度＞700HV
0.2
，自腐蚀电位＞
‑
0.4V，腐蚀电流密度＜6
×
10
‑7A/cm2。
[0019]本专利技术的目的之二在于提供一种目的之一所述的轻质高强耐腐蚀高熵合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0020](1)按照目标摩尔比，称取Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
[0021](2)将步骤(1)得到的混合料在保护气氛围下进行熔炼，得到的合金液经冷却得到
合金锭；
[0022](3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作6～10次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质高强耐腐蚀高熵合金，其特征在于，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为Al
x
CoNiVTi
y
；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。2.根据权利要求1所述的轻质高强耐腐蚀高熵合金，其特征在于，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC和BCC双相构成；优选地，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的密度＜7.00g/cm3，硬度＞700HV
0.2
，自腐蚀电位＞
‑
0.4V，腐蚀电流密度＜6
×
10
‑7A/cm2。3.一种权利要求1或2所述的轻质高强耐腐蚀高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)按照目标摩尔比，称取Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；(2)将步骤(1)得到的混合料在保护气氛围下进行熔炼，得到的合金液经冷却得到合金锭；(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作6～10次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料的纯度均在99.99wt.％以上。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述清洗包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥；优选地，所述超声清洗的清洗液包括去离子水；优选地，所述酸洗的酸液包括0....

【专利技术属性】
技术研发人员：孟龙，林春，谭鸣天，柯灵升，王东，杨飞飞，齐涛，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：