[发明专利]一种高通量制备高熵合金的方法

说明书

本发明公开了一种高通量制备高熵合金的方法，本发明利用脉冲电流在两个纳米突触之间产生焦耳热实现瞬间熔化和凝固，以模拟传统熔铸过程的熔炼和凝固过程，在该过程中两个纳米突触化学元素发生扩散混合，使得中间熔焊区成分包含两侧纳米突触的元素；通过拉断并与其他突触熔焊可以不断改变和调整熔焊区的化学成分；同时可以原位地进行成分测定与物相表征，使得每个熔焊区都可以立即获得表征测试，极大地缩短了合金分析测试的时间。本发明的方法在原材料耗费、时间耗费与能源耗费上相比于传统熔炼试验均有几个数量级的缩减。

技术领域

本发明涉及高熵合金的制备方法，尤其涉及一种高通量制备高熵合金的方法。

背景技术

自从2004年中国 台湾学者叶均蔚和美国学者Cantor先后提出高熵合金(High-Entropy Alloys简称HEA)的概念以来，高熵合金就引起广大金属材料研究人员的兴趣。高熵合金是近年来新兴的一种合金材料，它打破了传统合金中主要元素只有一种或是两种的合金设计理念，而是以至少5种或以上的主要元素构成，且每种元素的原子百分比含量在5％～35％之间。由于这种特殊的组成，高熵合金具有区别于其他合金的四大效应：热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、结构上的晶格畸变以及鸡尾酒效应。这四大效应的存在使得高熵合金显示出了不同于其他传统合金的特殊性能，具有很大的研究价值和开发应用意义。由于应用潜力多元化，面对的产业多元化，因此在传统合金工业的升级及高科技产业的发展中，也将有高熵合金无限发挥的空间，对传统冶金行业的提升无疑具有重要意义。

高性能高熵合金的制备目前主要依靠传统的试错法来开展。由于高熵合金元素多(常为4～6种)，元素相互耦合性强，使得传统试错法在开发新合金成分方面存在效率低、耗时耗力的问题，迫切需要一种高通量制备方法推动高熵合金的开发和应用。

假设拟开发的高熵合金包含5种元素，其成分可表示为ABCDE。为研究不同含量的D和E元素对ABCDE高熵合金相组成与结构的影响规律，需要制备一系列不同含量的ABCD_xE_y合金。按照传统试错法需要固定一个D_x1元素含量，然后进行配料熔炼制备一系列不同 E元素含量的ABCD_x1E_y合金，然后通过磨制样品做透射电镜等微结构测试分析其相组成与结构；之后改变D元素含量(x2)，再次配料熔炼制备分析一系列不同E元素含量的ABCD_x2E_y合金；如此重复。其过程极其繁琐，耗时耗力。按照电弧熔炼炉最小规格铸锭5克计算，为研究不同含量的D和E元素对ABCDE高熵合金相组成与结构的影响规律，传统试错法至少需要熔炼25次(按照D元素和E元素分别取5个数值点计算)，所需材料至少125克。单次熔炼耗电至少 2kWh，耗时至少1小时；也即总耗电约50kWh，耗时25小时。此外，还需对所制合金进行打磨抛光等必要的样品处理，再送至透射电镜或能谱等测试，其所需时间极长。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高通量制备高熵合金的方法。本发明可以原位地对每个熔焊区成分进行测定与物相表征，使得每个熔焊区都可以立即获得表征测试；而且，本发明方法在原材料耗费、时间耗费与能源耗费上相比于传统熔炼试验均有几个数量级的缩减。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种高通量制备高熵合金的方法，包括以下步骤：设所制备的高熵合金包含5种金属元素，A、B、C、D、E分别代表不同的金属元素；

(1)取一根直径0.4mm，长度2～5mm的成分为ABC的合金线，剪断合金线使断口产生长度为50～2000nm的手指状纳米突触，纳米突触头部的直径为20～500nm；将该合金线装入透射电镜样品杆的可移动端，断口朝外；其中，手指状纳米突触的数量至少为1个；纳米突触也可以为其他形状，手指状的纳米突触便于两个纳米突触接触熔焊，也便于拉断熔焊区。