[发明专利]一种CrVTaHfZrTi高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种CrVTaHfZrTi高熵合金及其制备方法。高熵合金的成分为CrVTaHfZrTi，Cr:V:Ta:Hf:Zr:Ti的摩尔比依次为1:1:1:1:1:1。其制备过程如下：1)超声处理：材料超声处理后备用；2)精确称量：按等摩尔比例精确称量材料；3)分埚放料：将钛材和称量的材料放置在坩埚内；4)反复清洗：抽真空后冲氩气反复循环清洗真空室；5)熔炼合金：使用非自耗真空电弧熔炼工艺对材料进行多次熔炼。本发明制备的CrVTaHfZrTi高熵合金由BCC+FCC的固溶体组成，结构简单，具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。该合金弥补了传统合金的不足，可用于耐腐蚀和耐磨的工况条件。

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，具体涉及一种耐磨、耐腐蚀的CrVTaHfZrTi高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(High Entropy Alloy)是20世纪90年代提出的一种新的合金设计理念，又称为高混乱度合金。它是一种以多种金属元素等摩尔比或近等摩尔比为特点的合金，突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，具备热力学、动力学、结构和性能方面总结出的四大高熵合金效应，即高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应。由于具有热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、结构上的晶格畸变效应、性能上的鸡尾酒效应，容易获得结构简单、热稳定性高的固溶体相和纳米结构甚至非晶结构，具有高强度、耐磨、耐腐蚀、高硬度、耐回火软化等特性。例如，可大幅度应用于制作强韧性、耐磨、耐腐蚀的模具及机件；制造化工厂、船舰等的耐腐蚀材料；通过各种表面处理技术，制成高熵合金涂层改善基体性能。高熵合金的应用是切入高功能、高附加值特殊合金材料领域的良好契机。因此，设计和制备高性能的高熵合金具有非常重要的意义。

发明内容

本发明提供一种具有耐腐蚀和耐磨的高熵合金及其制备方法，以满足在耐腐蚀、耐磨的工况条件下的应用。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种CrVTaHfZrTi高熵合金，其特征在于，该高熵合金的组分为CrVTaHfZrTi，其中，各元素的摩尔配比为1:1:1:1:1:1；采用的Cr、V、Ta、Hf、Zr、Ti等材料的质量百分比含量即纯度均为99.5％以上；采用的Cr、V、Ta、Hf、Zr、Ti等材料为片状或大颗粒状材料。

一种CrVTaHfZrTi高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

1)、将质量百分含量在99.5％以上的片状或大颗粒状的Cr、V、Ta、Hf、Zr、Ti材料置于容器内，分别进行超声处理后备用；

2)、按等摩尔比例进行精确的称量步骤1中得到的Cr、V、Ta、Hf、Zr、Ti材料；

3)、取步骤1中处理过的少量的Ti材料放入水冷铜模的中间坩埚内，再将步骤2称取的材料放置在水冷铜模的外围几个熔炼坩埚里，每个坩埚中按照材料的熔点由低到高的原则自下而上依次放置；

4)、将熔炼炉内部的真空室抽真空至5.0×10^-3MPa，然后充入氩气至0.05MPa；并重复此步骤2～3次；重复抽真空的目的在于洗气，反复充放氩气使得熔炼炉中的空气尽量减到最小，以达到清洗真空室的目的；

5)、先对单独放置的Ti材料引弧后熔炼，可消耗、降低熔炼炉里的残余氧气，然后依次熔炼其它坩埚中待熔炼的Cr、V、Ta、Hf、Zr、Ti材料；将熔炼后得到的合金铸锭按同样的方法再熔炼3～5次，每次熔炼后翻转样品，随炉冷却后，制得CrVTaHfZrTi高熵合金。

进一步地，步骤1)中的超声处理的方法为：在容器内加入丙酮淹没材料后，超声清洗15～20min，去除金属表面附着的油污及杂质；随后再将去除杂质后的Cr、V、Ta、Hf、Zr、Ti材料分别置于加入无水乙醇的容器内，超声清洗15～20min，然后置于烘箱中低温烘干，得到超声处理后的Cr、V、Ta、Hf、Zr、Ti材料。