[发明专利]一种超硬耐磨高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超硬耐磨高熵合金及其制备方法，本发明的高熵合金包括基础组元和强化组元，基础组元成分为Nb、Ta、Mo和W四种元素，强化组元为Fe、Co和Cr中的一种或两种元素，在真空条件下使用电弧熔炼法制备得到高熵合金。本发明制备得到的高熵合金成分均匀，为单一BBC固熔体结构，结构稳定；具有高硬度，硬度可达1000‑1200HV；具有较好的耐磨性，与钢相比提高了5倍。

技术领域

本发明涉及一种新型高熵合金及其制备方法，具体地说，涉及一种超硬、耐磨高熵合金材料及其制备方法，属于合金材料及其制备技术领域。

背景技术

随着科技的飞速发展，在金属材料行业对材料的性能要求也越来越高。高熵合金（High Entropy Alloys）是以五种或五种以上金属元素，各元素成分等摩尔比或接近等摩尔比，打破传统合金以一种元素为主元的设计理念，具有简单固溶体结构，经熔炼技术或其他制备方法得到的新型合金材料。金属元素的种类增加提高了多组元合金内部整体混乱程度，同时能够提高系统混合熵。高熵合金具备高强度，高硬度，耐磨、耐腐蚀、耐高温等一系列优于传统合金的优异特性，具有良好的发展潜力和广阔的应用前景。特别的， senkov等开发的NbTaMoW合金，其1600^oC仍具有600MPa的强度，是一种性能十分优异的耐高温材料。然而， NbTaMoW合金的硬度偏低，只有445HV, 耐磨性有待进一步提升。

合金化是提高合金性能的一种有效方法。固溶强化是NbTaMoW合金主要的强化机制，通过合金化，添加与合金组元原子半径差异较大的合金化元素，可增大晶格畸变，能够显著提高固溶强化的效果，开发出硬度更大、更耐磨的高熵合金材料。

发明内容

本发明提供一种超硬耐磨的新型多主元高熵合金材料及其制备方法。

本发明技术方案为：一种电弧熔炼超硬耐磨高熵合金的制备方法，高熵合金包括基础组元和强化组元。基础组元成分为Nb、Ta、Mo和W四种元素，强化组元为Fe、Co和Cr中的一种或两种元素，添加强化组元如Fe、Co和Cr等元素，因强化组元的原子半径较小，添加后能形成大的晶格畸变，能够显著提高固溶强化的效果，设计出硬度更大及更耐磨的高熵合金材料。

本发明提供的一种超硬耐磨高熵合金，包括基础组元和强化组元。基础组元成分为Nb、Ta、Mo和W四种元素，强化组元成分为Fe、Co或者Cr，使用制备高熵合金的原料纯度均不低于99.9%。

本发明的一种超硬耐磨高熵合金，基础组元同时包含Nb、Ta、Mo、W四种元素，四种元素Nb、Ta、Mo、W为等原子比。

本发明的一种超硬耐磨高熵合金，强化组元为Fe、Co或者Cr中的一种或者两种元素。

本发明的一种超硬耐磨高熵合金，基础组元的摩尔百分比为70-90%，所述强化组元的摩尔百分比为10-30%。

本发明提供了上述所述高熵合金的制备方法，其特征在于采用电弧熔炼法，包括以下步骤：以块状铌、钽、钼、钨、铁、钴、镍和铬块状单质为原料，通过砂纸打磨块状原料表面，去除表面氧化物，在水和酒精中超声清洗， 80 ^oC干燥2 h后备用。按照各元素摩尔比称取预处理的金属小块体，进行原料配置；将配好的原料按元素性能差异，分组熔炼，最后将分组熔炼的金属进行一次总的熔炼。

以上制备方法中，所述的分组熔炼为强化组元与Nb同时熔炼，Ta、Mo同时熔炼，然后将熔炼后的金属和W进行一次总的熔炼。将所有原料按照设定顺序进行熔炼，达到降低烧损的要求，使其和加入原料的成分基本一致。