[发明专利]一种基于电子合金理论进行高熵合金成分设计的方法

说明书

本发明公开了一种基于电子合金理论进行高熵合金成分设计的方法，首先算得目标高熵合金的平均Md值和平均Bo值，然后根据平均Md值和平均Bo值的关系获取目标高熵合金的相结构，再根据目标高熵合金的相结构及表达式获取各组元的重量百分比，最后按重量百分比称取各组元进行合金化熔炼制得目标高熵合金；根据平均Md值和平均Bo值的关系获取目标高熵合金的相结构具体为根据与的关系判断目标高熵合金的相结构。本发明的方法，首次提出基于电子合金理论预测高熵合金的相结构，预测快速且准确，避免了现有技术需实际熔炼后对合金进行分析才可了解其相结构造成的成本及时间上的极大浪费，极具应用前景。

技术领域

本发明属于合金成分设计技术领域，涉及一种基于电子合金理论进行高熵合金成分设计的方法。

背景技术

2004年，叶均蔚和Cantor教授突破传统合金以热力学参数混合焓为主的设计枷锁，提出了一种以混合熵为主的新型合金设计理念，丰富了固溶体合金的成分体系，使合金的性能获得了跳跃式的提升。高熵合金(High-entropyalloys)简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。高熵合金的多主元特性，使得合金系统具有很多异于传统合金的性能(强度、抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性都比传统的合金要好)，因此在材料科学及工程上相当受到重视。

高熵合金由其在高温下具有较高的“组态熵”而得名，通常具有体心立方(BCC)、面心立方(FCC)或密排六方(HCP)等简单固溶体结构。为了研究高熵合金的相稳定性，价电子浓度(VEC)、电负性(Δχ)、原子半径差(Δr)、混合熵(ΔS_mix)、混合焓(ΔH_mix)等相关因素均被提出，用来预测相的形成规律。Guo等人总结发现，VEC是影响高熵合金相结构的重要因素，一般VEC小于6.87时，倾向于形成BCC相结构；大于8.00时，倾向于形成FCC相结构；介于6.87和8.00之间一般形成FCC+BCC双相结构，但这仅仅是经验性规律，不能区分固溶体是有序结构还是无序结构，也不能预测σ相的形成，而且不能适应所有的高熵合金体系。该研究团队还提出了，Ω(其中T_m为理论熔点，单位：K)和Δr双因素预测高熵合金相结构的规律模型，即Ω≥1.1且Δr≤6.6％时，高熵合金为固溶体结构，否则将形成金属间化合物或其它有序结构。正是因为合金的相结构和相组成对其性能具有决定性的影响，因此揭示高熵合金的相稳定性是设计和开发具有优异性能的高熵合金的重要前提和保证。

分子轨道理论引入了参数Md(合金元素d轨道能级)对以镍、钴和铁为基体的高熵合金进行研究，研究发现Md1.09时形成FCC相，Md1.09时则形成TCP或GCP相，针对不同的高熵合金体系，这一临界值也有变化，但该规律不能选取一固定参数，无法对高熵合金成分设计进行指导。虽然现有技术针对高熵合金的机理等做了诸多相关研究，一定程度上能够帮助高熵合金的设计和开发，但其无法有效指导高熵合金成分设计。

因此，开发一种对高熵合金成分设计进行指导的方法极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术无法有效指导高熵合金成分设计的缺陷，提供一种对高熵合金成分设计进行指导的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于电子合金理论进行高熵合金成分设计的方法，首先算得目标高熵合金的平均Md值和平均Bo值，然后根据平均Md值和平均Bo值的关系获取目标高熵合金的相结构，再根据目标高熵合金的相结构及表达式(等原子比或近等原子比)获取各组元的重量百分比，最后按重量百分比称取各组元进行合金化熔炼制得目标高熵合金；

所述根据平均Md值和平均Bo值的关系获取目标高熵合金的相结构是指则目标高熵合金在铸态下生成FCC单相；则目标高熵合金在铸态下生成FCC+σ相；则目标高熵合金在铸态下生成FCC单相或FCC+σ相；其中，和分别为目标高熵合金的平均Bo值和平均Md值。