[发明专利]一种高强面心立方结构中熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强面心立方结构中熵合金及其制备方法，所述CoNiCu中熵合金由Co、Ni、Cu元素组成；依据合金吉布斯自由能、相形成规律，分别对比了不同中熵合金的电子浓度、混合焓等；发现CoNiCu中熵合金具有形成单相FCC结构的趋势，据此构建CoNiCu中熵合金模型，并经过第一性原理方法预测该合金属于韧性材料；合金及制备工艺路线：配料‑真空熔炼‑吸铸‑均匀化退火‑固溶处理。选择纯度为99％以上的Co、Cr、Cu按等摩尔比或近似等摩尔比配比配料，将配好的原料放入真空熔炼炉中进行多次熔炼，待成分均匀后，吸铸成型，随后对铸件均匀化退火，并通过固溶处理，最终获得具有单一面心立方结构的CoNiCu中熵合金，室温抗压强度大于1600MPa，压缩率大于20％。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种高强面心立方结构中熵合金及其制备方法。

背景技术

根据混合熵可以将现有的合金分为三类，第一类是以一种或两种元素为主要组成元素的低熵合金，即传统合金(ΔS_mix<1R)；第二类是以两种到四种主要元素的中熵合金(1R≤S_mix≤1.5R)；第三类是以至少五种主要组成元素的高熵合金(S_mix≥1.5R)。

高熵合金在性能方面的优异表现，使得其成为目前研究最热的金属材料之一。高熵合金的高熵效应促使其形成单相固溶体，同时由于显著的固溶强化作用，使得固溶相的强度和塑性提高，通常认为增加高熵合金的主元数目，固溶强化效果会更显著，然而最近研究表明，合金元素的数目对合金的固溶强化的影响很小，混合熵的大小对合金的影响程度并不高，例如，CoCrNi中熵合金的强度和塑性远高于五主元FeCoCrNiMn高熵合金。相比高熵合金，中熵合金更具有生产使用价值，目前对中熵合金的研究还处于起步阶段，关于中熵合金鲜见报道。本发明结合热力学知识及第一性原理方法，预测并制备出高强CoNiCu面心立方结构中熵中熵合金。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种高强面心立方结构中熵合金及其制备方法。最终获得的具有单一面心立方结构的CoNiCu中熵合金，室温抗压强度大于1600MPa，压缩率大于20％。

技术方案：本发明的一种高强面心立方结构中熵合金含有Co、Ni、Cu三种合金元素，并按原子百分含量Co：30～40％、Ni：30～40％、其余为Cu进行成分配比，经过真空熔炼、均匀化退火、相匹配的固溶处理制得具有单一面心立方结构的CoNiCu中熵合金，其室温抗压强度大于1600MPa，压缩率大于20％。

其中：

所述合金成为CoNiCu，其中Co:Ni:Cu原子百分比：0.5～1:0.5～1:0.5～1，且混合焓介于1～1.5R之间，R＝8.314J/mol*K。

所述CoNiCu中熵合金具有单一的FCC结构。

本发明的一种高强面心立方结构中熵合金的制备方法包括以下步骤：

1)配料：将纯度大于99.99％的粒状或块状原料Co、Cu、Ni按比例配料；

2)熔炼：将配料放入真空熔炼炉中，抽真空至1×10^-2～1×10^-3Pa，然后充入氩气直到炉内压力为：0.05～0.06MPa，翻转重复熔炼3～5次，炉冷成铸锭；

3)均匀化处理：将铸锭吸铸成型，吸铸完成后，随炉冷却，随后将放入马弗炉中进行均匀化退火处理；

4)固溶处理：将中熵合金棒放入马弗炉中，抽真空至1×10^-3Pa，然后充满氩气，重复此过程2～3次，以保证炉内为纯净的氩气，以5～10℃/min速率升温至1000～1200℃，保温24～36h，随炉冷却或淬火。

其中：

所述步骤2)的熔炼，熔炼电流为150～200A。