[发明专利]AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及金属材料及其制备方法技术领域，具体是Al_xCrFeNiCuVTi高熵合金材料及其制备方法。

二、背景技术

一直以来，传统合金的开发理念：根据某些主要性能的要求，再选择一种主要元素，在合金化过程中通过添加一种或两种其他元素来满足一些次要性能的要求。如目前人类已开发使用的合金一共有30多种，多以Fe、Cu、Al、Mg、Ti、Ni、Co、Cr、Mn、Zr等元素为主，如以铜元素为主的铜合金；以铁元素为主的钢铁材料；以铝元素为主的铝合金；以镁元素为主的镁合金；以钛元素为主的钛合金；超合金则有铁基、镍基、钴基之分别，这些传统合金系统均以单一主元素为主，随着其它改性元素的添加而产生不同的合金。这种传统的设计策略导致人们积累了很多一种或两种元素的合金知识，但对包含多种元素并且以几乎相同的摩尔比例合成的新型合金知之甚少，所以对于由多种元素合成的合金，无论是在理论上，还是在实际应用中，这方面的研究很少。人们之所以很少关注多种主要组成元素的多组元合金是因为预料可能生成多种金属间化合物和一些复杂结构。而这些复杂的结构以及金属间化合物的硬脆相，不管是对于理论分析还是实际应用都是很大的障碍。

由于传统合金的设计理念禁锢了合金成分的自由度，从而限制了合金特殊的微结构及性能的发展。为了打破传统合金设计理念，1995年台湾清华大学叶均蔚教授提出了新的合金设计理念：“多元高熵合金（Multielement High-Entropy Alloys)”并开始研究，研究结果表明这种合金体系不但呈现出简单的微观结构，而且具有高硬度、耐高温、耐腐蚀以及抗氧化性等优良的综合性能，所以此类合金不但是一个可合成、可加工、可分析、可应用的新的合金世界，也是充满了无限的发展前景以及工业发展潜力的研究方向。因此，开发Al_xCrFeNiCuVTi系高熵合金具有非常重要的意义。

三、发明内容

本发明目的在于克服现有合金的不足，开发一种具有优异综合性能的高熵合金—Al_xCrFeNiCuVTi系合金，促进高熵合金应用和发展，并使该合金满足现代工业中人们对材料使用性能的要求。

本发明为解决上述技术问题而采取以下技术方案：一种Al_xCrFeNiCuVTi高熵合金材料，其成分为Al_xCrFeNiCuVTi，其中Al、Cr、Fe、Ni、Cu、V、Ti的摩尔比为x:1:1:1:1:1:1，x的取值范围为0.5～1.5。

冶炼高熵合金的原料为块状纯净度不低于99.99%的Al、Cr、Fe、Ni、Cu、V、Ti，原料尺寸为0.5～1.2mm。

所述的Al_xCrFeNiCuVTi高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）原料前处理，将合金原料置于烧杯中，倒入丙酮溶液，再放置于超音波震荡器中清洗20～30分钟，震荡后再倒入乙醇重复相同的步骤一次，然后置于50℃烘箱中6小时，将原料的水分蒸发，以备熔炼使用;

（2）配料，用感应量为0.1mg的光电分析天平称取原料，按摩尔比配制混合；

（3）熔炼合金，先把混合好的原料放在WK-Ⅱ型非自耗真空电弧炉内的水冷铜坩埚中，关闭炉门将电弧炉抽真空，当炉体内真空度达到3×10^-3Pa后充入高纯氩气，重复清洗3～5次，再充入高纯氩气使炉体内的气压保持在0.8～0.9个气压，保护试样不受氧化，熔炼合金起弧电流为30～40A，稳定后电流为90A，合金每熔炼一次用时10s，反复翻转熔炼5次，熔炼完成后，得到Al_xCrFeNiCuVTi高熵合金；

（4）热处理，将样品封进抽真空后充入适量氩气保护的石英管中，在温度为600℃～1000℃下保温12小时，而后随炉冷却，以消除其在熔炼状态下的残余热应力。

所热处理是先用差示扫描量热法DSC对合金进行热分析，得到合金的相转变温度为700℃～950℃，然后根据合金的相转变温度得到相应的退火温度600℃～1000℃。

本发明的有益效果：

通过加入Al得到Al_xCrFeNiCuVTi系高熵合金，高熵合金多组元等原子比合金所固有的高混合熵特性降低了合金的自由能从而降低其有序化的可能性，提高了合金的高温稳定性；大半径的Al原子使合金fcc晶格膨胀，内应力增加，进而增加固溶强化，同时合金在热处理时析出第二相，起到析出强化的作用，合金表现出很好的热稳定性及高温硬度。