[发明专利]一种超细晶含Al多主元高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超细晶含Al多主元高熵合金及其制备方法，该高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti和Nb组成，按原子比记为Al_20‑xCo₂₀Cr₂₀Fe₂₀Ni₂₀(Ti_yNb_1‑y)_x，其中0<x<20；0<y<1。本发明采用真空电弧熔炼和等径角挤压相结合的方法制备高熵合金；首先通过真空电弧熔炼得到合金圆棒，然后通过等径角挤压制备出大块体超细晶高熵合金，再通过后续的退火处理调节合金的强塑性。本发明通过添加一定量的Ti、Nb置换Al提高该合金的高温抗蠕变性能，同时增加了BCC固溶体的形成，改善抗氧化性；等径角挤压和退火处理能改善强度、塑性和抗氧化性。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种超细晶含Al多主元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。

AlCoCrFeNi高熵合金是典型的BCC结构高熵合金，具有优异的综合力学性能，但在高温时的强度、塑性不够和抗高温氧化性较低而限制了其成为新一代高温结构材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术出现的上述问题，提供一种超细晶含Al多主元高熵合金及其制备方法，本发明的超细晶高熵合金为BCC结构，在高温时具有优异的组织结构稳定性和综合性能良好。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超细晶含Al多主元高熵合金，由Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti和Nb组成，按原子比记为Al_20-xCo₂₀Cr₂₀Fe₂₀Ni₂₀(Ti_yNb_1-y)_x，其中0<x<20；0<y<1。

进一步的，所述Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti和Nb均为纯度不低于99.5wt％的固态纯原料。

进一步的，所述x＝10，y＝0.5。

所述超细晶含Al多主元高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti和Nb单质小颗粒按成分配比进行配料，其中各元素配比为：Al_20-xCo₂₀Cr₂₀Fe₂₀Ni₂₀(Ti_yNb_1-y)_x，其中0<x<20；0<y<1；

步骤(2)：将步骤(1)中配好的材料置于熔炼炉内，低熔点材料置原料芯部，高熔点材料置于低熔点材料四周，以降低元素的烧损率，关闭炉门，抽真空至真空度(1-5)×10^-3Pa，然后充入氩气，该抽真空-充氩气步骤重复三次以上以清洗真空室；