[发明专利]一种高性能低密度双相高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种高性能低密度双相高熵合金及其制备方法，高性能低密度双相高熵合金的其通式为Al_aCr_bFe_cNi_dTi_e，其中a，b，c，d和e分别代表对应各元素的原子比，a、b、c和d的值不小于5并且不大于35，e的值不大于8。本发明还公开了所述高性能低密度双相高熵合金的制备方法，包括以下步骤：将按照通式配比的混合物料置于电弧熔炼炉中进行熔炼，氩气保护氛围下，利用电弧将合金熔化并反复熔炼。本发明的合金具有共格结构的无序体心立方相和有序体心立方相组成，具有超高的压缩强度和较好的塑性，同时Ti元素的加入使合金的密度显著降低，并且Cr元素的存在使合金具有优异的耐腐蚀和抗氧化性能，合金的综合性能优异。

技术领域

本发明涉及金属材料技术，尤其涉及一种高性能低密度双相高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由多种主要元素组成的新型金属材料，具有严重的晶格畸变、迟滞扩散以及高的混合熵等特点。该类合金在力学性能、抗腐蚀性能以及抗辐照性等方面具有比传统合金优异的性能，因此该类合金在航空航天以及极端复杂环境条件下具有广泛的应用前景以及潜力。目前所研究的高熵合金中，具有单相面心立方结构的合金具有较高的塑性，但强度一般较低；具有体心立方结构的合金强度高，但是塑性较差难以满足工程应用要求。因此制备兼具高强度高塑性的合金成为了亟待解决的问题。

同时，一般高熵合金由于其多主元且迟滞扩散的特点，在熔炼制备过程中容易出现元素偏析导致组织不均匀，并且熔液合金的流动性较差，导致合金的成型性能较差。此外，合金的密度较大，也不利于燃料能源的高效应用。上述问题严重制约了高熵合金的大规模应用与发展。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有高熵合金不能同时具备高强度、高塑性，以及成型能力不足、密度较高的问题，提出一种高性能低密度双相高熵合金，该合金具有共格结构的无序体心立方相和有序体心立方相组成，具有超高的压缩强度和较好的塑性，同时Ti元素的加入使合金的密度显著降低，并且Cr元素的存在使合金具有优异的耐腐蚀和抗氧化性能，即该合金的综合性能优异。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高性能低密度双相高熵合金，其通式为Al_aCr_bFe_cNi_dTi_e，其中a，b，c，d和e分别代表对应各元素的原子比，a、b、c和d的值不小于5并且不大于35，e的值不大于10。

进一步地，a和b的值不小于10并且不大于20，c和d的值不小于25兵器不大于35，e的值不大于10。

本发明的另一个目的还公开了一种高性能低密度双相高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1将高纯度的Al、Cr、Fe、Ni、Ti合金元素去除氧化皮并进行清洗处理；

步骤2按照通式Al_aCr_bFe_cNi_dTi_e进行配料并混合；

步骤3将混合好的合金元素在干燥箱中进行干燥处理；

步骤4将混合物料置于电弧熔炼炉中进行熔炼，氩气保护氛围下，利用电弧将合金熔化并反复熔炼；

步骤5熔炼得到的纽扣锭在水冷坩埚中冷却，制备得到高性能低密度双相高熵合金。

进一步地，步骤1高纯度的Al、Cr、Fe、Ni、Ti合金元素的纯度大于等于99.95wt％。

进一步地，步骤2所述配料的精度为0.001g。

进一步地，步骤3所述干燥处理的温度为100～150℃，干燥时间不低于30min。