[发明专利]一种CoCuTiV系高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种CoCuTiV系高熵合金及其制备方法，其特征在于，包括如下原子百分比的金属单质：Co 18％～23％、Cu 15％～20％、Ti 19％～23％、V 20％～24％、Cr或Fe 16％～22％；所述CoCuTiV系高熵合金为CoCrCuTiV高熵合金或CoCuFeTiV高熵合金。采用电弧熔炼方法制备；本发明方法制得CoCuTiV系高熵合金具有较好的强度和塑性，强韧性综合较好。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种CoCuTiV系高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金一般由4种或5种及以上多主元金属元素构成，每种金属元素都是主要元素，构成纳米尺度的复合材料，产生“鸡尾酒”效应，所谓“鸡尾酒”效应就是多种主元高熵合金可以看作是原子尺度的复合材料，多种元素的本身特性和元素之间相互作用使高熵合金呈现Cu一种复杂的效应。根据热力学知识可知，超喜欢能合金的自由能为ΔGmix＝ΔHmix-TΔSmix，当合金的混合焓高到一定程度，足以抵消混合焓的作用时，高熵的状态是自由能为负、相对稳定的状态。合金体系的混乱度高就表示体系的混合熵高，合金的有序度就差，去徐昂与生成具有简单结构的相，而且生成的相的数目也远远小于经典吉布斯相规律所预测的合金体系的平衡相数目。高熵合金由于多主元金属元素的原子尺寸差异会导致晶格的各个阵点位置产生不同程度的偏移，进而产生晶格畸变。

早期的高熵合金体系多以CoCrFeNi四元面心立方固溶体为基体，加入其它元素提高性能。如Yeh等加入Cu形成以CoCrCuFeNi为代表的面心立方(FCC)固溶体结构的高熵合金；如张勇等加入Al形成以AlCoCrFeNi为代表的体心立方(BCC)固溶体结构的高熵合金；还有如四元的CuNiAlCo、五元的CuNiAlCoCr等均是FCC+BCC双相固溶体结构；还有如密排六方(HCP)结构Al₂₀Li₂₀Mg₁₀Sc₂₀Ti₃₀高熵合金。

液态成形是制备高熵合金的首选方法，电弧熔炼的温度能达到3000℃左右，熔炼气氛、合金的成分较为可控，通过搅拌可以解决比重偏析。合金液通过快冷如水冷铜模等方法可以一直第二相的产生，产生单相结构，而普通冷却方法则有可能获得多相结构。

然而高熵合金的单相、多相及相变形成机理以及稳定性的规律还有待深入研究，多元高熵合金即使调整一个元素都会造成相结构与性能的巨大差异，具有不可预测性。另外高熵合金的强度和韧性的矛盾一直存在，如何对高熵合金进行调整以解决其强度和韧性的问题是该领域急需解决的技术问题之一。

发明内容

为了解决高熵合金强度和韧性的矛盾技术问题，而提供一种CoCuTiV系高熵合金及其制备方法。本发明的CoCuTiV系高熵合金具有较好的强度和良好的塑性，同时具有较高的硬度。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种CoCuTiV系高熵合金，包括如下原子百分比的金属单质：Co 18％～23％、Cu15％～20％、Ti 19％～23％、V 20％～24％、Cr或Fe 16％～22％。

进一步地，所述CoCuTiV系高熵合金为CoCrCuTiV高熵合金。

再进一步地，所述CoCrCuTiV高熵合金包括如下原子百分比的金属单质：Co 20％～21％、Cr 17％～19％、Cu 18％～20％、Ti 20％～23％、V 21％～22％。

进一步地，所述CoCuTiV系高熵合金为CoCuFeTiV高熵合金。

再进一步地，所述CoCuFeTiV高熵合金包括如下原子百分比的金属单质：Co 20％～21％、Cu 15％～17％、Fe 19％～20％、Ti 22％～23％、V 21％～22％。

进一步地，所述金属单质的纯度大于99.9wt％。