一种共晶高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种共晶高熵合金及其制备方法，用共晶高熵合金AlCrFe2Ni2作为基体，Mo元素和Nb元素作为增强相的新型合金体系AlCrFe2Ni2(MoNb)

【技术实现步骤摘要】
一种共晶高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，具体涉及一种AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的合金只由一种主元素和其他次要的金属或非金属元素组成，这些元素一般用于改善性能，如铜、铁、铝等。为了打破传统合金的设计策略，几年前，叶均蔚和Cantor等人提出了新一代的合金，即高熵合金(HEA)，并引起了广泛的研究关注。HEA最初被定义为由至少五种原子比相等或接近相等的主要元素组成，并显示出特殊的性能，如优良的强度、硬度以及出色的耐腐蚀性和耐磨性。这些特性与HEAs的高熵效应、晶格畸变效应、迟缓扩散效应和鸡尾酒效应密切相关。因此，HEAs可以作为高温结构材料、耐腐蚀材料、耐磨损工具和模具材料。多主元高熵合金的提出，打破了传统合金的设计思维，具有很高的发展潜力和研究价值，为我们今后研究设计金属材料指明了一条新的方向。
[0003]根据以往的研究，可以看出大多数高熵合金是以固溶相为主的。其中一些具有单一体心立方(BCC)固溶相的合金表现出较高的抗拉强度，但塑性不够高，无法满足预期的应用，如NbMoTaW合金；其他具有单一面心立方(FCC)相的合金具有良好的塑性，但强度相对较低，如CoCrFeMnNi合金。据报道，通过合理设计成分，具有双相或多相的HEA可以呈现出良好的塑性和强度。更重要的是，大多数单相HEA不具备良好的可铸性，并表现出化学不均匀性，采用熔炼的方法很难获得成分均匀的大尺寸合金锭。因此，这些问题大大限制了合金的工业化应用和发展。

技术实现思路

[0004]为克服所述不足，本专利技术的目的在于提供一种共晶高熵合金材料及其制备方法，本专利技术依据共晶合金的理念设计共晶高熵合金，这种合金同时具有共晶和多主元合金的优点，可以避免铸造大体积铸锭时发生偏析，具有良好的铸造性能，使高熵合金提高了塑性和可加工性的同时具有优异的综合机械性能。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金，用共晶高熵合金AlCrFe2Ni2作为基体，Mo元素和Nb元素作为增强相的新型合金体系AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
，所述AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金的各元素的摩尔百分比为Al：Cr：Fe：Ni：Mo：Nb＝1：1：2：2：x：x。
[0006]一种AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金，其制备方法包括：
[0007]步骤1：制样
[0008]按共晶高熵合金的成分配比，称取金属Al、金属Cr、金属Fe、金属Ni、金属Mo和金属Nb为原料；
[0009]步骤2：熔炼
[0010]步骤2.1、将步骤1中称取好的原料放入真空电弧炉熔炼池的样品槽中，这里使用
水冷铜坩埚；
[0011]步骤2.2、熔点低的原料率先放入样品室最下层，按熔点由低到高顺序放入，本实验材料的放置顺序为Al、Fe、Ni、Cr、Nb、Mo；
[0012]步骤2.3、将电弧炉抽真空，当真空度大于5
×
10
‑3MPa后，回充高纯氩气，使炉内气压为0.5个大气压；
[0013]步骤2.4、开启熔炼直流开关，熔炼各原料，合金完全融化为液态后，保持电弧熔炼2min，然后关闭电流。其中，熔炼时的电流为400A
‑
450A；
[0014]步骤2.5、当观察到合金充分熔炼混合后，翻转纽扣锭再次熔炼，重复步骤2.4五次，即完成所述AlCrFe2Ni2(MoNb)x共晶高熵合金的制备。
[0015]具体地，所述步骤1中金属Al、金属Cr、金属Fe、金属Ni、金属Mo和金属Nb经过如下处理后再进行称取：将上述原料分别在丙酮中用超声波震荡清洗20
‑
30min，以去除原料表面油污，然后倒入乙醇用超声波震荡清洗10
‑
20min，清洗完成后置于70
‑
90℃干燥箱中烘干3
‑
5h。
[0016]具体地，所述步骤1中金属Al、金属Cr、金属Fe、金属Ni、金属Mo和金属Nb的纯度均为99％。
[0017]具体地，所述步骤2中，熔炼时采用电极接触起弧，起弧电流约为20A。
[0018]具体地，所述步骤2.3中，回充惰性气体使炉内气压为0.5大气压前，利用回充惰性气体复洗炉腔3
‑
5次。
[0019]具体地，所述步骤2.3中，惰性气体为高纯氩气。
[0020]具体地，所述步骤2.5中，每个试样都反复翻转熔炼5次。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：采用本申请中的配比以及方法制备的共晶高熵合金材料，以热稳定性好、高硬度的金属为增强相，优异力学性能的AlCrFe2Ni2共晶高熵合金为基体，相比现在的技术，本专利技术的制备方法具有制备工艺简单，应用范围广，力学性能优异的特点，因此，该制备方法得到的共晶高熵合金充分发挥了基体和增强相的性能优点，实现了性能上的强强联合。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例制备的AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
(x＝0,0.1,0.3,0.5,0.7)共晶高熵合金的X射线衍射图谱。
[0023]图2为本专利技术实施例制备的AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
(x＝0,0.1,0.3,0.5,0.7)共晶高熵合金的低倍扫描电子显微组织。
[0024]图3为本专利技术实施例制备的AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
(x＝0,0.1,0.3,0.5,0.7)共晶高熵合金的高倍扫描电子显微组织。
[0025]图4为本专利技术实施例制备的AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
(x＝0,0.1,0.3,0.5,0.7)共晶高熵合金的压缩工程应力
‑
应变图。
[0026]图5为本专利技术实施例制备的AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
(x＝0,0.1)共晶高熵合金的纳米压痕载荷
‑
深度图。
[0027]图6为本专利技术实施例制备的AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
(x＝0,0.1)共晶高熵合金的各相硬度
‑
杨氏模量图。
[0028]图7为本专利技术实施例制备的AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
(x＝0,0.1,0.3,0.5,0.7)共晶高熵合金的显微硬度值。
具体实施方式
[0029]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。
[0030]一种AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金，各元素的摩尔百分比为Al：Cr：Fe：Ni：Mo：Nb＝1：1：2：2：x：x，x＝0,0.1,0.3,0.5,0.7)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共晶高熵合金，其特征在于：所述AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金的各元素的摩尔百分比为Al：Cr：Fe：Ni：Mo：Nb＝1：1：2：2：x：x。2.根据权利要求1所述的一种共晶高熵合金，其特征在于：所述AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金的各元素的摩尔百分比为Al：Cr：Fe：Ni：Mo：Nb＝1：1：2：2：x：x，其中0＜x＜1。3.根据权利要求1所述的一种共晶高熵合金，其特征在于：所述AlCrFe2Ni2(MoNb)
x
共晶高熵合金的各元素的摩尔百分比为Al：Cr：Fe：Ni：Mo：Nb＝1：1：2：2：x：x，其中0.1＜x≤0.7。4.一种共晶高熵合金的制备方法，其特征在于：其制备方法包括：步骤1：制样按共晶高熵合金的成分配比，称取金属Al、金属Cr、金属Fe、金属Ni、金属Mo和金属Nb为原料；步骤2：熔炼步骤2.1、将步骤1中称取好的原料放入真空电弧炉熔炼池的样品槽中，这里使用水冷铜坩埚；步骤2.2、熔点低的原料率先放入样品室最下层，按熔点由低到高顺序放入，本实验材料的放置顺序为Al、Fe、Ni、Cr、Nb、Mo；步骤2.3、将电弧炉抽真空，当真空度大于5
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10
‑3MPa后，回充高纯氩气，使炉内气压为0.5个大气压；步骤2.4、开启熔炼直流开关，熔炼各原料，合金完全融化为液态后，保持电弧熔炼2min，然后关闭电流。其中，熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李肖逸，高绪杰，郭娜娜，殷凤仕，朱光明，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：