[发明专利]一种强耐腐蚀非等原子比高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及高熵合金及制备的技术领域，公开了一种强耐蚀非等原子比高熵合金及其制备方法，制备原料为Fe、Mn、Cr、Ni金属颗粒，制备方法包括但不限于高真空电弧熔炼法及热加工和热处理工艺法。具体如下：将上述金属粉末按照设定比例称取，在高真空电弧熔炼炉中进行熔融固化，制备成非等原子比高熵合金金属，熔炼过程中为了确保合金成分的均匀性，需将合金块体反复熔炼。将初期制备的铸态非等原子比高熵合金在高温热处理炉中均匀化处理，随后水淬，并对高熵合金铸锭进行热锻处理，将热锻后的试样随空气冷却，随之将其放入高温热处理炉中进行回复再结晶退火，即可获得一种强耐蚀的非等原子比高熵合金。本发明所制备的非等原子比高熵合金具有优异的耐腐蚀性能、制备过程简单。

技术领域

本发明属于高熵合金及其制备技术领域，特别是涉及一种强耐腐蚀非等原子比高熵合金及其制备方法。

背景技术

一直以来，金属合金系统的设计理念一直是以一种或两种元素为主要成分，，如铁基，铝基，铜基，镁基合金等，少量其他元素用于提高性能。合金中通常通过添加少量某些元素来改变合金的性能，例如生活中经常用到的常用作装饰材料的铝合金，铝为主要元素，向合金中添加镁、锌和铜等少量元素，以使合金具有较高的强度。现在所使用的工具钢、不锈钢、弹簧钢等钢铁材料，主要是以铁元素为主，加入不同的其他少量元素而得到。到目前为止，大约有近百种合金体系得到实际开发和推广应用，例如铁基合金、铝基合金、镁基合金和铜基合金等。随着研究者对传统合金深入开发研究，传统合金系已经很难开发出新的合金体系，而且传统合金中一般都会生成复杂的金属间化合物，这会导致合金脆性显著增加。因此，开发出新的合金体系，已然成为社会对金属材料发展的必然要求，传统的单主组元材料设计已进入瓶颈期。20世纪90年代中期，叶均蔚等人提出高熵合金(high entropyalloy)这一概念，打破了这一传统模式。这种合金被定义为至少由五种主要元素组成的合金，每种组成元素的原子百分比在5到35％之间。以往的研究表明，高熵合金可以形成简单的固溶体结构，而不是金属间化合物和其它复杂的化合物，这种现象通常归因于高熵合金固溶态的高构型熵。此外，高熵合金还具有高硬度、高强度、良好的热稳定性、优异的耐磨性和抗氧化性，具有广阔的工程应用前景。

第一代高熵合金是指含有五种以上主元素的单相固溶体合金，其原子百分比相等或接近相等。在1981中，Cantor发现，Co20Cr20Fe20Mn20Ni20合金可以形成单相的Fcc树枝状结构，与其他纯Fcc金属相比，它具有完全不同的性质。最近的研究表明，合金的屈服强度在室温和低温之间表现出强烈的温度依赖性，但应变率对强度的依赖性影响在任何温度下似乎都很小。2011年，Senkov等人研究了Nb25Mo25Ta25W25和V20Nb20Mo20Ta20W20高熔点高熵合金的组织和力学性能。研究表明，两种合金中都只存在一个简单的体心立方(Bcc)结构，在1400℃保温19h，退火处理合金组织保持稳定。目前报道的高熵合金通常为Bcc和Fcc结构。然而，具有六边形紧密堆积(Hcp)结构的高熵合金较少。张勇教授首先提出用稀土金属制备Hcp结构高熵合金，费尔巴哈等人制备了一种等原子比的稀土高熵合金，证实为Hcp结构。