[发明专利]一种基于三种三元非晶合金元素组合的五元高熵非晶合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于三种三元非晶合金元素组合的五元高熵非晶合金及其制备方法。该方法通过选取具有较好非晶形成能力的三种三元非晶合金，从中挑选元素组合成五元高熵合金，结合实验测试结果确认所设计的高熵合金具有非晶态结构，从而完成高熵非晶合金的成分设计工作。高熵非晶合金同时具备高熵合金的成分特点和非晶合金的性能特点，如高强度，高硬度，高耐磨，高耐蚀等，具有良好的应用前景，探讨这类合金的成分设计方法既有理论意义，也有很高的实用价值。

技术领域

本发明属于高熵合金，非晶合金新材料领域，涉及一种基于三种三元非晶合金元素组合的五元高熵非晶合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是近十几年来发展起来的一种多组元合金，合金中包含五种或五种以上元素，各元素所占原子百分比均在5％-35％之间。这类合金与传统以某一种或两种元素为主要组成元素的合金在很多性质方面有很大差别，表现出很多独特的特点。在特定的制备条件下，部分高熵合金能形成非晶态结构，即高熵非晶合金。高熵非晶合金结合了高熵合金的成分特点和非晶合金的性能特点，如高强度，高硬度，高耐磨，高耐蚀等，在某些特定的领域具有良好的应用前景。然而，目前关于哪些种类的高熵合金能形成非晶态结构，如何进行高熵非晶合金的成分设计等方面的研究还不够全面，深入，因此探讨高熵非晶合金的成分设计方法是十分必要的。目前高熵非晶合金的成分设计主要还是依靠反复实验试错，元素选择存在很大的盲目性，容易造成实验失败，导致所设计的高熵合金不具有非晶结构，从而丧失其优越性能。

目前有关非晶合金的研究工作已经积累了很多研究成果，尤其是有关三元非晶合金的研究工作。根据井上明久先生提出的非晶形成三原则，非晶合金的成分一般具有如下特点：三种及以上元素作为组元；组元间有较大的负混合焓；组员间有较大的原子半径差等。由此推论，将这些容易形成非晶的多种元素混合在一起组成高熵合金，其在原子紧密堆积(原子半径差)及元素间亲和力(负混合焓)等方面对于形成非晶结构仍然十分有利。

发明内容

本发明针对高熵非晶合金的成分设计问题，旨在提供一种基于三种三元非晶合金元素组合的五元高熵非晶合金及其制备方法。通过选取三种三元非晶合金成分；通过三元非晶合金成分所用元素的组合，获得五元高熵合金成分；通过实验的方法，确认五元高熵合金具有非晶态结构。本方法能够指导高熵非晶合金的成分设计工作，促进这类材料的进一步研究和应用。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种基于三种三元非晶合金元素组合的五元高熵非晶合金，选择三种三元非晶合金体系A_p1B_q1C_r1、A_p2B_q2D_s2、和A_p3B_q3E_t3，所述三元非晶合金体系A_p1B_q1C_r1、A_p2B_q2D_s2、和A_p3B_q3E_t3必须满足：p1q1,p1r1,且p1+q1+r1＝100；p2q2,p2s2,且p2+q2+s2＝100；p3q3,p3t3,且p3+q3+t3＝100；其中，A、B、C、D、E为五种合金元素，A为金属元素；根据所述的三种三元非晶合金体系组合成五元高熵合金成分A_piB_qiC_riD_siE_ti，30≤pi≤35,15≤qi≤30，5≤ri≤25，5≤si≤10，15≤ti≤25且pi+qi+ri+si+ti＝100。

作为改进的是，所述的三种合金体系中至少有一种非晶合金体系形成的临界尺寸Dc≥1mm。

作为改进的是，A为过渡族元素。

上述一种基于三种三元非晶合金元素组合的五元高熵非晶合金的制备方法，包括以下步骤：