[发明专利]一种晶态含铍高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明属于高熵合金领域，更具体地，涉及一种晶态含铍高熵合金材料及其制备方法。其通过添加铍元素，开发出具有高比强度的CoCrFeNiBe高熵合金，由于铍原子尺寸小，与其他组元原子尺寸相差较大，有利于提高合金原子尺寸差；此外铍与另外四种元素的混合焓具有较小的负值，因此该高熵合金可通过微量调整铍元素的含量，可较大程度地改变此合金的δ，较小程度改变ΔH_mix，因此较明显地改变高熵合金的组织结构且使合金避免落在非晶合金区域或金属间化合物区域，从而获得固溶体相高熵合金。此外由于铍轻质高比强的性能，使得本系列高熵合金的硬度和轻度也得到大幅度的增强，密度降低，从而增大合金的比强度。

技术领域

本发明属于高熵合金领域，更具体地，涉及一种晶态含铍高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

传统合金采用一种或两种元素为主的设计理念，获得单主元或双主元合金。高熵合金突破这种设计理念，由五种或五种以上接近等原子比的元素组成，高熵合金因此具有较高的混合熵、较大的晶格畸变、缓慢的扩散效应等，同时由于高熵合金的鸡尾酒效应，可根据需要调控的性能来改变合金元素的配比。

目前已报道的典型高熵合金系列有CoCrFeNi,CoCrFeNiAl,MoNbTaW等高熵合金；还有以TiZrHfBeCuNi为代表的高熵非晶合金等。其中CoCrFeNi高熵合金具有60％的拉伸塑性，强度仅有200-500MPa；CoCrFeNiAl高熵合金在最大抗拉强度为1174MPa，在Al含量为11％情况下；CoFeNiVMo高熵合金的最优异综合力学性能为Mo含量为0.2％，此时抗拉强度为686.9MPa；在压缩试验中AlCoCuNiSiV的抗压强度能达到1568MPa，CoCrFeNiMnCu高熵合金的抗压强度仅为750MPa。虽然高熵合金相较于普通合金的强度、硬度等有了较大的改善，但是综合力学性能依然无法达到当前高精尖领域对材料性能的要求。

铍是一种轻质高比强金属，密度小(1.848g/cm^-3)，体积模量(130GPa)、剪切模量(132GPa)和杨氏模量(287GPa)比一般金属都要大。铍的添加可以显著改善合金的密度、强度、硬度和比强度等重要力学性能。同时，由于铍的VEC较小，与大部分金属相差较大，而VEC(电子浓度)是确定固溶体相的重要参数，当VEC＜6.87时合金形成单一FCC相，当VEC≥8时合金形成单一BCC相，当6.87≤VEC＜8时合金同时含FCC和BCC相；因此可以通过铍的添加调控合金的相组成，从而进一步改善合金性能。

目前已报道的晶态高熵合金中，尚无使用铍元素的例子，这是由于铍原子尺寸相比一般金属元素较小，原子尺寸差较大，同时与大部分金属元素的负混合焓值较大，容易使合金落在非晶合金的区域，例如专利CN103334065A公开的一种高熵非晶合金材料TiZrHfBeCuNi。

如何获得一种综合力学性能优异的含铍晶态高熵合金材料，并得到单一固溶体相或双固溶体相，是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种晶态含铍高熵合金材料及其制备方法，其通过添加铍元素，开发出具有高比强度的CoCrFeNiBe高熵合金，由于铍原子尺寸小，与其他组元原子尺寸相差较大，有利于提高合金原子尺寸差；此外铍与另外四种元素的混合焓具有较小的负值，因此该高熵合金可通过微量调整铍元素的含量，可较大程度地改变此合金的δ，较小程度改变ΔH_mix，因此较明显地改变高熵合金的组织结构且使合金避免落在非晶合金区域或金属间化合物区域，从而获得固溶体相高熵合金。此外由于铍轻质高比强的性能，使得本系列高熵合金的硬度和轻度也得到大幅度的增强，密度降低，从而增大合金的比强度。由此解决现有技术缺乏综合力学性能优异的晶态高熵合金材料的技术问题。