[发明专利]一种轻质高比强度的高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种轻质高比强度的高熵合金材料，所述高熵合金材料为AlLiMgTiM(M=Zn、V、Zr)高熵合金，其中，按照原子百分比计算，Al元素为10%~20%；Li元素为10%~20%；Mg元素为10%~20%；Ti元素为30%~40%；M元素为10%~20%。本发明采用较低密度的元素Al、Li、Mg、Ti为基础，并加入了V、Zr对高熵合金进行设计，使得到的合金具有更优异的结构，这些优异的结构使得到的合金密度较低，比强度高，远高于现有技术中Ti‑6Al‑4V合金的性能。本发明的制备方法采用机械合金化与冷压烧结相结合的方式，简便易行，适合工业化生产的应用。

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种轻质高比强度的高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

与传统合金不同，高熵合金由多个组元以等摩尔比或近等摩尔比组成。现有的高熵合金材料表现出了优异的性能，如高强度、高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性等，具有极大的开发使用价值。然而高熵合金材料的设计大部分集中在以密度较大的过渡族金属元素（如Fe、Co、Cr、Ti、Cu、Ni、V、Mn等）构成的高熵合金上，选用这些合金元素构成的高熵合金材料尽管力学性能优异，但这些合金材料比重大，不适用于制备飞机、汽车、轮船等领域的应用，导致高熵合金材料的应用受限。尤其是在当前“节约资源和保护环境”的时代背景下，关于高熵合金的轻量化设计不仅具有重大的科学意义还将具有很高的实用价值。因此设计并制备出具有高比强度的低密度高熵合金目前高熵合金领域亟需解决的难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种轻质高比强度的高熵合金材料及其制备方法，以解决现有技术中高熵合金密度高、应用范围受限的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种轻质高比强度的高熵合金材料，所述高熵合金材料为AlLiMgTiM (M = Zn、V、Zr)高熵合金，其中，按照原子百分比计算，Al元素为10%~20%；Li元素为10%~20%；Mg元素为10%~20%；Ti元素为30%~40%；M元素为10%~20%。

优选地，所述AlLiMgTiZn高熵合金具有HCP和未知相构成的结构。

优选地，所述AlLiMgTiV高熵合金具有BCC的单相结构。

优选地，所述AlLiMgTiZr高熵合金具有HCP1和HCP2构成的双相结构。

一种轻质高比强度的高熵合金材料的制备方法，制备如本发明所述轻质高比强度的高熵合金材料，包括以下步骤：

（1）按照配比准备好原料；

（2）将准备好的原料和过程控制剂混合后得到混合物料，再把混合物料与钢球加入球磨机中，并充入高纯氩气作为球磨过程中的保护气氛；

（3）球磨机进行球磨后待冷却至室温取出，获得高熵合金粉末；

（4）将步骤（3）得到的高熵合金粉末称量后，放入模具中进行压制，获得压坯；

（5）将步骤（4）得到的压坯在惰性气体保护氛围下进行烧结，烧结完毕后随炉冷却，获得所述高熵合金材料。

优选地，所述原料为铝锂合金粉末、镁锂合金粉末、Ti粉和M合金粉末。

优选地，所述步骤（2）中过程控制剂为硬脂酸，硬脂酸加入的量占混合物料总质量的3%；所述钢球与物料的质量比为10：1。

优选地，所述步骤（3）中，当M为Zn时，球磨时间为30h；当M为V和Zr时，球磨时间为50h。

优选地，所述步骤（4）中压制压力为1GPa，并保压2min。