[发明专利]一种添加铝、硅元素的高熵合金及其制备方法

说明书

本发明属于合金材料领域，具体地涉及一种添加铝、硅元素的高熵合金，由纯度高于99.9％的Co、Cr、Ni、Al、Fe、Si单质金属按照AlxCoCrFeNiSi(x＝0.5，1.0，1.5，2.0)配制后，通过真空电弧熔炼制得。本发明提供的一种添加铝、硅元素的高熵合金及其制备方法，通过铝、硅元素促进面心立方的AlCoCrFeNi系统中体心立方相的形成，从而提高高熵合金的耐磨性。

技术领域

本发明属于合金材料领域，具体地涉及一种添加铝、硅元素的高熵合金及 其制备方法。

背景技术

高熵合金是一种至少含有5～13种原子并且质量分数为5％～35％的合 金，故又名多主元合金，高熵合金具有众多特点：高强度与硬度、良好的耐磨 性、优异的耐热和腐蚀性能、以及具有一定的磁学性能。其优异的力学性能主 要源于其具有固溶强化、晶界强化、第二相强化等强化机制，但是随着硬度的 提高，合金的塑性、韧性等加工性能也被削弱，不适合进行轧制或机加工，主 要适合应用在耐磨、耐腐蚀、抗氧化等涂层的制备当中。

高熵合金的制备工艺也在近十年间得到了发展。高熵合金传统制备工艺一 般采用加热熔炼或电化学沉积法制备，两类制备方法对所选组元有较高的选择 性，设备昂贵且制备时间较长、能耗高。目前，用于制备高熵合金的技术主要 是真空电弧炉熔炼法，即在真空下，利用电极和坩埚两极间电弧放电产生的高 温作为金属熔化热源，之后在坩埚内冷凝成型。该方法熔炼温度较高，其可熔 炼熔点较高的合金，并且对于易挥发杂质和某些气体的去除，具有良好的效果。

采用真空电弧炉制备高熵合金，尤其针对AlxCoCrFeNiSi系统中Al元素这 种新型的高熵合金，尚未有报道。中国专利CN108411132A公开了一种磁悬浮真 空熔炼FeMnNiCoCr高熵合金的制备方法，为了拓展高熵合金的应用范围，通过 提高产品强度和塑性来进行研发。但是其耐磨性并未明显提高，因此，如何通 过真空电弧炉制备高熵合金从而提高产品的耐磨性，是一个十分有意义的课题。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种添加铝、硅元素的高熵 合金及其制备方法，旨在提供低成本、高纯度、高耐磨性高熵合金的制备方法。

解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明设计了一种添加铝、硅元素的高熵合金，由纯度高于99.9％的Co、 Cr、Ni、Al、Fe、Si单质金属按照AlxCoCrFeNiSi(x＝0.5，1.0，1.5，2.0) 配制后，通过真空电弧熔炼制得。

进一步地说，所述的AlxCoCrFeNiSi(x＝0.5，1.0，1.5，2.0)是按照原子 的摩尔比进行混合。

更进一步地说，通过铝、硅元素促进面心立方的AlCoCrFeNi系统中体心立 方相的形成，从而提高高熵合金的耐磨性。

本发明另一个目的是提供这种添加铝、硅元素的高熵合金的制备方法，包 括以下步骤：

(1)采用电子天平进行精确称量纯度高于99.9％的Co、Cr、Ni、Al、Fe、 Si单质金属，按照摩尔分数AlxCoCrFeNiSi(x＝0.5，1.0，1.5，2.0)进行配 制得到原料；所述的AlxCoCrFeNiSi(x＝0.5，1.0，1.5，2.0)是按照原子的摩 尔比进行配制。

(2)将步骤(1)配制好的原料分别放置于真空水冷铜模中，进行真空熔 炼5次，每次8min；采用Ar作为保护气体；得到圆形高熵合金锭；所述的真空 熔炼的真空度为10^-4Pa。

(3)将步骤(2)的圆形高熵合金锭在空气中静置60h，达到自然时效的目 的，消除部分应力，降低脆性，提高性能。

本发明的有益效果是：