[发明专利]兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具二次屈服和高强度高塑性的共晶高熵合金及其制备方法，属于金属材料及其制备领域，高熵合金由Al、Co、Cr、Fe和Ni组成，高熵合金通式Al_aCo_bCr_cFe_dNi_e，其中10＜a≤25，10＜b≤25，0≤c＜25，10＜d≤25，10≤e＜41，且a+b+c+d+e＝100。高熵合金组织为沿着单一方向排列的共晶层片，拉伸曲线具有明显二次屈服现象，并且拥有优异的屈服强度以及良好塑性，在工程领域具有巨大的应用潜力；本发明还公开了上述高熵合金的制备方法，包括熔炼，切割，定向凝固，工业连铸工序。本发明共晶高熵合金制备方法简单、所用原料均无毒无害、安全可靠、经济实用。

技术领域

本发明涉及一种兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金及其制备方法，属于金属材料及其制备领域。

背景技术

高熵合金是一种由四元或四元以上的元素按照等摩尔比或近似等摩尔比所组成的具有简单结构的多主元合金。目前，高熵合金的研究还在初始阶段，所制备的FCC或BCC单相高熵合金无法同时拥有优良的强度和塑性。在这种困扰下，材料学家设计出由两相组成的共晶高熵合金，实现了高强度和高塑性的结合。但是，已报道的共晶高熵合金的综合力学性能相较于传统合金并没有明显的优势，因此如何提高共晶高熵合金的综合力学性能，实现产业化应用，是现在面临的重大挑战。

现在大多数研究都在开发新的共晶高熵合金体系，关于如何控制共晶高熵合金凝固过程，调控组织的生长来提高性能的研究还很少。传统的二元共晶合金中，常采用定向凝固技术或者连铸技术来控制合金的凝固过程。这些技术都是在合金的凝固过程中制造出一个单一方向的热流，从而诱导凝固组织沿着平行热流的方向生长，获得具有取向性的组织，进而提高材料的力学性能。电弧熔炼的共晶高熵合金都是层片结构，但是层片的生长没有方向性。现有的高熵合金的综合性能还有待进一步提升，这成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金及其制备方法，该共晶合金具有二次屈服、高屈服强度、高抗拉强度和良好的塑性，而且制备方法简单、操作流程简洁、安全可靠、经济实用，在工程应用领域具有巨大的应用潜力。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金，所述共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe和Ni组成，所述高熵合金的通式Al_aCo_bCr_cFe_dNi_e，其中10＜a≤25，10＜b≤25，0≤c＜25，10＜d≤25，10≤e＜41，且a+b+c+d+e＝100。所述比例为摩尔比。

作为本发明优选的技术方案，兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金Al_aCo_bCr_cFe_dNi_e金属组分满足如下条件：16.4＜a≤19，16.4＜b≤20，0≤c＜16.4，16.4＜d≤20，34.4≤e＜41。

一种本发明兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、样品预制备：

将纯度不低于99.9wt％的单质原料Al、Co、Cr、Fe和Ni表面的氧化物打磨干净，用超声波进行清洗，清洗完毕后晾干，随后在用砂纸对原料表面进行二次打磨清理，用电子天平称取所需质量的单质原料，误差在±0.003g之间；然后进行超声波清洗，再将原料取出晾干，最后装入试样袋中密封，备用；

步骤二：合金熔炼：