[发明专利]一种高熵非晶合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高熵非晶合金材料及其制备方法，该合高熵非晶金材料化学成分按原子百分比为：Al 16％～20％，Ni 16％～23％，Zr 16％～23％，Co0％～16％，Cu 14％～20％，Y 20％～23％。本发明还提供该高熵非晶合金材料的制备方法。本发明制备的Al‑Ni‑Zr‑Cu‑Y‑Co轻质高熵非晶合金材料抗腐蚀能力远超过常见铸态铝合金以及海洋环境应用最为广泛的Q235低碳结构钢，在保证力学性能的前提下，可以满足海洋腐蚀环境中大型装备的耐蚀性要求；本发明设计所选取的合金组元价格适中，其制备方法简单易实施，可实现大规模的工业生产。

技术领域

本发明属于非晶合金材料领域，具体涉及一种高熵非晶合金材料及其制备方法，该高熵非晶合金材料具有较高硬度、质轻且耐腐蚀。

背景技术

构建强大海上军事力量已经成为现代国家安全的必要保证。先进的海洋装备不仅是海洋国防力量的重要保障，而且也是发展蓝色经济的必要支撑。

铝合金在船舶工程中的应用以铝-镁系合金、铝-镁-硅系合金和铝-锌-镁系合金为主，依据所用的位置分为上层舾装用铝合金与船体结构用铝合金等。船舶上层结构中舷窗常用的铝合金型材为6063铝合金，桅杆、舷梯常使用6063与6061铝合金型材。铝合金不仅具有良好的强度和韧性，还具有质量轻、耐腐蚀等特点。在军用船领域中的应用船舶制造的设计遵循结构趋于轻型理念，人们广泛认为轻型的船舶结构在操作精密性、控制船速、制作成本方面有很大的优势，能够最大程度减少消耗，延长船舶的行驶里程。

针对海洋腐蚀问题，传统海洋国防材料主要集中在非晶态耐蚀合金材料、不锈钢以及陶瓷-金属基复合材料等。但不可避免地是，上述材料均存在耐磨性或加工成型性差等不足。表面改性防护涂层技术是提高材料表面性能的主要方式之一，目前已广泛应用于提升零件和构件表面耐腐蚀、耐磨、耐疲劳等工程应用性能。因为海洋极端环境服役的大型装备构件与部件长期承受高湿、高盐雾、高压载荷等多场耦合作用，严重影响其服役寿命；而对舰船等大型装备的材料减重可大幅提高舰船的战斗力，因此开发可长效防护的轻质高强耐腐蚀涂层在提高海洋装备的战斗力、稳定性和服役寿命方面具有重要意义。

非晶合金又被称为“金属玻璃”(metallic glasses，MGs)，它是在20世纪60年代由美国的Duwez教授通过熔体旋淬法首次获得，通常按照化学成分可以分为铁基、镍基、钴基、铝基、锆基及稀土金属基(如铈基、镧基)等多种非晶合金。因其原子排列呈现长程无序、短程有序的特点，表现为宏观各向同性，不存在晶态材料中常见的位错、晶界等缺陷，所以普遍具有超高的断裂韧度和优异的耐腐蚀性能以及独特的自修复能力等特点。

高熵合金(high-entropy alloys，HEAs)的概念由叶均蔚于2004年正式提出：由5种或5种以上元素按等原子比或近等原子比构成的固溶体合金，其中各主元的原子分数在5％～35％之间；它是基于“化学无序”发展的新材料，其突破了传统合金材料基元的限制，创新性地从熵的角度开发和研究合金材料，开创了金属材料全新的研究领域。

西北工业大学的专利《高熵非晶复合材料及其制备方法》(公开号：106086713A)通过电弧熔炼与喷铸的方式获得了等原子比的TiZrNbCuBe、TiZrVCuBe等棒状高熵非晶合金材料。该材料的屈服强度在2300MPa，断裂前应变高于4％。

北京理工大学的专利《一种铝基非晶/高熵合金合金材料及制备方法》(公开号：105154702A)利用放电等离子烧结技术制备了相对密度＞98％、抗压强度≥2800MPa，并具有一定变形能力的铝基非晶/高熵合金材料。

但是，从上述公开的专利可以看出，目前对于高熵非晶合金材料制备方面具有用时长(如球磨制备工艺)，制备环境要求较为严苛且相对成本较高等问题，同时有关高熵非晶合金的耐腐蚀性能方面研究尚浅。

为此，在材料趋向于轻量化的背景下，研究得到易于生产的具有耐腐蚀性能与力学性能兼备的轻质高熵非晶合金材料显得十分迫切。

发明内容