[发明专利]一种FeMnCoCrAlRu高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种FeMnCoCrAlRu高熵合金及其制备方法，该高熵合金由Fe、Mn、Co、Cr、Al和Ru组成，按原子比记为Fe_（40‑x）Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀Al_XRu₁₀，其中X=4、8、10、12，本发明采用机械合金化和放电等离子烧结相结合的方法制备高熵合金；首先通过球磨元素粉得到合金粉末，然后通过放电等离子烧结在熔点之下制备出高熵合金块体，本发明通过添加一定量的Ru提高该合金的耐蚀性能，本发明在单一FCC单一固溶体中生成B2相沉淀，造成沉淀强化，使该合金在具有面心立方的高强高硬的同时具有较好的塑性，具有更良好的力学性能，同时该合金在塑性变形后会生成孪晶和马氏体，大幅提高材料的强度。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，具体涉及一种FeMnCoCrAlRu高熵合金及其制备方法。

背景技术

传统的合金均以一种或两种元素为主，通过添加少量的其他元素以达到某些特定的性能要求。中国台湾的叶均蔚教授，提出了全新的合金体系，即多主元高熵合金：“多主元高熵合金就是多种元素为主，主要元素五种以上。其中每种主要元素的原子百分比介于5%与35%之间，没有一种组元在原子百分比上会超过50%进而成为唯一主要元素。”该合金在热力学上具有很高的熵值，动力学上具有原子迟缓扩散效应，晶体结构上具有晶格扭曲效应此外多种元素的特性和它们之间的复杂作用使高熵合金呈一种鸡尾酒效应。这些特性是高熵合金相比传统合金更不倾向于形成金属间化合物且更容易形成简单的固溶体结构和纳米结构甚至非晶结构。多主元高熵合金具有较高的强度，良好的耐磨性、高加工硬化、耐高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀和高电阻率等优异性能，这是许多传统合金所无法比拟的。

机械合金化（Mechanical Alloying，简称MA）是指金属或合金粉末在高能球磨过程中，与磨球之间发生长时间的激烈冲击和碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊和断裂，实现粉末颗粒中原子的扩散，从而在固态下实现合金化的一种粉末制备技术。自20世纪60年代末问世以来，机械合金化技术从最初应用于制备弥散强化合金材料，到逐步应用于制备非晶、准晶材料，纳米材料等非平衡态材料，金属间化合物等诸多领域表现出十分广阔的发展前景。

运用机械合金化的方法制备高熵合金，可以充分扩展各主元间的固溶度，比铸造条件下更加有利于高熵合金固溶体的形成；同时，用合金元素粉末作为原料，可以方便快捷地制备出均匀的纳米晶高熵合金粉末；再经过后续的烧结，便可得到晶粒细小、性能优良的高熵合金块体。机械合金化方法的不足之处在于：合金粉末在球磨过程中，将不可避免地受到来自磨球介质、球磨罐内气氛和过程控制剂等的污染，引入的杂质还可能在球磨过程中与粉末发生反应而形成新的物相。杂质污染会改变合金的相组成和结构，降低合金的塑性和韧性。因此在球磨过程中必须严格控制和减少对粉末的污染。

放电等离子烧结（SPS）是集等离子活化、热压烧结和电阻加热为一体具有升温速度快、烧结时间短、所制得的材料致密度高、外加压力和烧结气氛可控等特点的一种材料制备的新技术。对于SPS的烧结机理，一般认为，SPS过程除具有热压烧结的焦耳热和热压造成的塑性变形促进烧结过程外，还在粉末颗粒间产生直流脉冲电压，并有效利用了粉体颗粒间放电产生的表面活化作用和自发热作用，因而产生了SPS过程所特有的有益于烧结的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FeMnCoCrAlRu高熵合金及其制备方法，该高熵合金不仅具有高强高硬的特点，而且具有较好的塑形和更良好的力学性能。