[发明专利]一种高强韧高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧高熵合金，以质量百分比计，包括以下原料：Ni：20.7％‑28.0％、Cr：18.8‑24.8％、Co：19.5％‑28.5％、Fe：20.5‑27.0％、Ti：1.5％‑8.0％，Al：0.1％‑4.0％，C：0.1％‑0.8％，余量为杂质。制备方法：(1)称取镍粒、铬粒、钴粒、铁粒、钛粒、铝粒和石墨粉，置于铜坩埚内；(2)通入高纯氩气进行洗气，再抽低真空，抽高真空，最后充入高纯氩气；(3)通电，得到熔化合金；(4)打开电磁搅拌，降低熔化电流，冷却；(5)翻转，反复熔炼，即得。本发明高熵合金具有良好强韧性，能够满足某些特殊场合的使用需求。

技术领域

本发明涉及合金冶炼技术领域，更具体的说是涉及一种高强韧高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(High-entropy alloys)简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。以往的合金中主要的金属成分可能只有一至两种。例如会以铁为基础，再加入一些微量的元素来提升其特性，因此所得的就是以铁为主的合金。过往的概念中，若合金中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多种金属却不会脆化，是一种新的材料。

高熵合金由于严重的晶格畸变效应、缓慢的扩散效应和“鸡尾酒”效应，使其具有非常优良的机械性能、耐热性能、耐磨性能和抗蠕变性能，在工业生产中有很大的应用潜质，引起材料工作者的极大关注。然而，由于高熵合金含有多种组元，使得高熵合金容易形成大量复杂的脆性析出相；此外，加入大原子半径的合金元素，也可以引起合金晶格发生严重畸变，甚至导致晶格失稳发生坍塌，形成许多复杂的金属间化合物。以上因素导致高熵合金形成高强低韧的性能特征，塑性和韧性的不足造成高熵合金无法满足服役需求。

因此，研制一种具有良好强韧性的新型高熵合金是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强韧高熵合金及其制备方法，以解决现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强韧高熵合金，以质量百分比计，包括以下原料：Ni：20.7％-28.0％、Cr：18.8-24.8％、Co：19.5％-28.5％、Fe：20.5-27.0％、Ti：1.5％-8.0％，Al：0.1％-4.0％，C：0.1％-0.8％，余量为杂质。

优选为：Ni：24.6％、Cr：21.5％、Co：24.3％、Fe：23.5％、Ti：4.0％，Al：1.8％，C：0.3％，余量为杂质。

本发明的有益效果在于：由于Ni，Cr，Co，Fe四种元素的原子半径尺寸较为接近，更有利于形成无限固溶体。Ni元素具有良好的塑性、耐腐蚀性和耐高温性；Cr元素有利于提高合金的硬度和耐磨性；Co元素可富集在合金的枝晶间起到粘合剂的作用，降低合金的脆性，防止合金冷却时发生断裂；Fe元素提高合金体系的混合熵，降低合金成本；Ti和Al这两种大尺寸元素的加入会加剧组织的晶格畸变程度，从而提高合金强度和硬度；添加微量非金属元素C可提高合金的机械性能。

进一步，上述杂质为氧及少量氧化物(合金在高温条件下与真空炉内的残余氧生成氧化物)。

上述高强韧高熵合金的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按上述高强韧高熵合金的质量百分比称取镍粒、铬粒、钴粒、铁粒、钛粒、铝粒和石墨粉，置于铜坩埚内；

(2)先向铜坩埚内通入高纯氩气进行洗气，再抽低真空至10Pa以下，然后抽高真空至3×10^-3Pa以下，最后充入高纯氩气作为保护气体；