[发明专利]一种制备密排六方结构的高熵合金的方法

说明书

本发明公开了一种制备密排六方结构的高熵合金的方法，包括如下制备步骤：以多种单质金属或中间合金为原料，按照一定的配比投料，在熔炼炉中熔化原料；将熔体浇铸入模具获得铸锭；对铸锭进行均匀化退火消除铸锭的宏观成分偏析；将铸锭在x，y和z三个方向分别进行压缩变形，得到所述具有密排六方结构的高熵合金。本发明通过选择合适的金属元素及配比构成的合金，使该合金铸态吉布斯自由能与其密排六方结构时的系统吉布斯自由能差异较小从而具备形变诱发相变能力，之后通过三个方向的大塑性变形，使初始组织充分相变为密排六方结构，从而获得具有密排六方结构的高熵合金。本发明制得的高熵合金力学性能明显优于已有的密排六方结构的高熵合金。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金的制备方法，尤其是一种具有密排六方结构的高熵合金的制备方法。

背景技术

自从2004年中国台湾学者叶均蔚和美国学者Cantor先后提出高熵合金（High-Entropy Alloys简称HEA）的概念以来，高熵合金就引起广大金属材料研究人员的兴趣。高熵合金是近年来新兴的一种合金材料，它打破了传统合金中主要元素只有一种或是两种的合金设计理念，而是以至少5种或以上的主要元素构成，且每种元素的原子百分比含量在5%~35%之间。由于这种特殊的组成，高熵合金具有区别于其他合金的四大效应：热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、结构上的晶格畸变以及鸡尾酒效应。这四大效应的存在使得高熵合金显示出了不同于其他传统合金的特殊性能，具有很大的研究价值和开发应用意义。由于应用潜力多元化，面对的产业多元化，因此在传统合金工业的升级及高科技产业的发展中，也将有高熵合金无限发挥的空间，对传统冶金行业的提升无疑具有重要意义。

由于合金组元增加产生的高熵效应导致晶体易于形成简单立方固溶体相、纳米颗粒弥散相、非晶相等高性能相，而并非脆性金属间化合物。对于金属材料而言，面心立方结构、体心立方结构和密排六方结构是最重要的三种类型。目前已经成功制备出纯面心立方、纯体心立方以及面心立方混合体心立方结构的高熵合金，并显示出独特的力学性能和广阔的应用前景。然而关于密排六方结构的高熵合金却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的拟提供一种制备密排六方结构的高熵合金的方法。

传统的制备密排六方结构的高熵合金的思路是选用具有密排六方的各种单质元素来作为高熵合金的组元，然后通过传统熔炼工艺将各单质元素充分熔化混合，之后通过铸造形成合金。该方法目前仅成功制备出两种密排六方结构的高熵合金（YGdTbDyLu和HoDyYGdTb）。

本发明的构思与上述传统方法完全不同，本发明的构思如下：选取一些合适的单质金属元素，先通过熔炼铸造工艺获得铸态合金，该铸态合金的晶体结构并非密排六方结构，然而该铸态合金具有形变诱发相变特性，具体而言该铸态合金当前的系统吉布斯自由能与其转变为密排六方结构时的系统吉布斯自由能差异较小；将该铸态合金进行三维变形，具体而言是在x，y和z三个方向分别进行压缩变形，从而使合金发生形变诱发相变从非密排六方结构转变为密排六方结构，获得具有密排六方结构的高熵合金。

为实现发明目的，根据上述构思，本发明提供了一种制备密排六方结构的高熵合金的方法，包括如下制备步骤：

（1）以单质金属和/或中间合金为原料，按照各金属元素的配比投料，在熔炼炉中熔化原料；

（2）将熔体浇铸入模具获得铸锭；

（3）对铸锭进行均匀化退火消除铸锭的宏观成分偏析，获得铸态合金；所述铸态合金具有面心立方结构；

（4）将铸态合金进行三维大塑性变形，即在x，y和z三个方向分别进行压缩变形，得到所述具有密排六方结构的高熵合金。