[发明专利]一种低缺口敏感性的共晶高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种低缺口敏感性的共晶高熵合金，其组成按照原子比为Al：Co：Cr：Fe：Ni＝x：w：k：z：y；其中，w＝k＝z＝0.9～1；x＝0.8～0.9；y＝1.9～2。本发明还提供一种低缺口敏感性的共晶高熵合金的制备方法，包括步骤1：在水冷铜坩埚的第一个熔炼池内放入高纯钛锭，再将Al、Co、Cr、Fe、Ni单质纯金属原料放入第二个熔炼池内；步骤2：将电弧炉工作腔抽真空至4×10^‑3～6×10^‑3Pa，再通入高纯氩气；步骤3：对第一个熔炼池内的高纯钛锭进行熔炼，且熔炼电流为190～200A，熔炼时间为80～100s；步骤4：对第二个熔炼池内的金属原料进行熔炼，且熔炼电流为190～200A，熔炼时间为80～100s，等待3min后，翻转铸锭，重复熔炼6～7次，调节熔炼电流至300～350A，待铸锭熔化至熔融状，进行铜模吸铸获得共晶高熵合金。

技术领域

本发明涉及金属材料及制备领域，更具体的是，本发明涉及一种低缺口敏感性的Al_0.9CoCrFeNi₂共晶高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(HEA)具有多个等摩尔或接近等摩尔比的主要元素，由于其优异的综合性能，例如高强度、高热稳定性、优异的低温韧性、较大的加工硬化能力、良好的抗疲劳性、良好的耐腐蚀和耐磨性等，成为金属材料领域的一大研究热点。但是，像大多数材料一样，具有高强度的同时保持高塑性对于HEA也是一个巨大的挑战，并已成为其在工程领域中应用的障碍。为了同时获得高强度和高延展性，采用共晶合金概念引入了一种新的HEA设计方法。这种新的合金称为共晶高熵合金(EHEA)。据报道，EHEA具有许多优点，例如耐高温蠕变，高强度和延展性以及良好的流动性和可浇铸性。目前，科研工作者通过成分设计，并用不同的制备方法制备了许多EHEA。

另外，合金材料的缺口敏感性对该材料的使用性能起着至关重要的影响。在许多构件、零件、器具中，缺口是无法避免的。它的存在会导致试样内部的应力分布发生重大变化，尤其是在缺口位置附近。在载荷作用下，由于应力集中，缺口通常是断裂的起点。由此可见，合金材料的缺口敏感性在工程结构部件的可靠性和安全性设计中起着重要的作用。因此，如何通过成分设计、制备方法获得低敏感性合金材料，是科研工作者共同努力的目标。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种低缺口敏感性的共晶高熵合金，优化各原子配比，获得由FCC和B2相所组成的层片状钢架结构的共晶组织，具有高强度、高硬度、高延展性。

本发明的另一个目的是设计开发了一种低缺口敏感性的共晶高熵合金的制备方法，基于铜模吸铸的真空电弧熔炼方法制备，并优化各原子配比，获得由FCC和B2相所组成的层片状钢架结构的共晶组织，具有高强度、高硬度、高延展性。

本发明提供的技术方案为：

一种低缺口敏感性的共晶高熵合金，其组成按照原子比为Al：Co：Cr：Fe：Ni＝x：w：k：z：y；

其中，w＝k＝z＝0.9～1；x＝0.8～0.9；y＝1.9～2。

一种低缺口敏感性的共晶高熵合金的制备方法，基于铜模吸铸的真空电弧熔炼方法制备，具体包括如下步骤：

步骤1：在水冷铜坩埚的第一个熔炼池内放入高纯钛锭，再将Al、Co、Cr、Fe、Ni单质纯金属原料放入第二个熔炼池内，

其中，金属原料的放入顺序根据Al、Co、Cr、Fe、Ni的熔点从低到高，从下到上依次放入；

步骤2：将电弧炉工作腔抽真空至4×10^-3～6×10^-3Pa，再通入高纯氩气作为保护气体；

步骤3：对第一个熔炼池内的高纯钛锭进行熔炼，且熔炼电流为190～210A，熔炼时间为80～100s；