[发明专利]一种基于Md-δ进行Al系高熵合金相结构预测的方法

说明书

本发明公开了一种基于Md‑δ进行Al系高熵合金相结构预测的方法，首先算得Al系目标高熵合金的平均Md值和平均δ值，然后根据平均Md值和平均δ值的关系获取Al系目标高熵合金的相结构，再根据Al系目标高熵合金的相结构及表达式获取各组元的重量百分比，最后按重量百分比称取各组元进行合金化熔炼制得Al系目标高熵合金。本发明的方法，基于高熵合金的δ和Md与其相组成之间的联系预测Al系高熵合金的相结构进而获得理想的相组成；准确可靠，避免了现有技术需实际熔炼后对合金进行分析才可了解其相结构造成的成本及时间上的极大浪费，能够有效提高制备Al系高熵合金的效率，降低Al系高熵合金的制备成本，极具应用前景。

技术领域

本发明属于合金成分设计技术领域，涉及一种基于Md-δ进行Al系高熵合金相结构预测的方法。

背景技术

中国台湾的学者叶均蔚教授在2004年创造性的突破了传统合金的发展瓶颈，提出了一种全新的合金设计理念，将多种金属元素作为合金主元，以相等或相似的比例混合熔炼获得合金。多主元混合产生的高熵效应，使得合金具有更好的力学性能及耐蚀性和耐磨性，尤其是在低温下能很好的实现材料强度和塑性的统一，具有很高的研究价值和开发应用意义。

近十年来，高熵合金研究开发异常活跃，吸引了越来越多的关注。从传统的冶金原理观点来看，多种合金元素在凝固过程中通常会导致许多金属间化合物和其它复杂的有序相的形成，然而，越来越多的试验研究表明，许多多组元合金体系倾向于形成具有简单结构的固溶体(FCC、BCC或是二者混合)。为了研究高熵合金的相稳定性，可以通过价电子浓度(VEC)、电负性(Δχ)、原子半径差(δ)、电子能级(Md)、共价键强度(Bo)混合焓(ΔH_mix)等相关因素来预测相的形成规律。经查阅资料得知，通过VEC来预测相结构的组成，当VEC小于6.87时，合金容易形成BCC相结构；大于8.00时，容易形成FCC相结构；介于6.87和8.00之间一般形成FCC+BCC双相结构。并且该团队还提出了Ω(其中T_m为理论熔点，单位：K)和δ双因素预测高熵合金相结构的规律模型，为了预测固溶体的结构是否有序和有无σ相的形成。他们认为当Ω≥1.1且δ≤6.6％时，高熵合金为固溶体结构，否则将形成金属间化合物或其它有序结构。以上VEC准则可以很好的预测固溶体的相结构，但不能很好的预测合金中是否生成金属间化合物；Ω-δ准则无法判断固溶体的相结构。

因此，开发一种适用性好的高熵合金相结构预测方法极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的高熵合金相结构预测方法适用性差的缺陷，提供一种适用性好的高熵合金相结构预测方法。本发明将电子理论合金中的过渡族元素d轨道平均能级Md参数引入高熵合金中，成功探索出一种可以预测高熵合金固溶体相结构和金属间化合物是否生成的理论模型，通过应用该模型即可获取性能优良的高熵合金配方进而指导高熵合金的制备。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于Md-δ进行Al系高熵合金相结构预测的方法，首先算得Al系目标高熵合金的平均Md值和平均δ值，然后根据平均Md值和平均δ值的关系获取Al系目标高熵合金的相结构，再根据Al系目标高熵合金的相结构及表达式获取各组元的重量百分比，最后按重量百分比称取各组元进行合金化熔炼制得Al系目标高熵合金；

所述根据平均Md值和平均δ值的关系获取Al系目标高熵合金的相结构是指δ≤4.5％则Al系目标高熵合金在铸态下生成FCC单相；Md1.06且δ4.5％则Al系目标高熵合金在铸态下生成FCC+BCC双相结构；Md≥1.06则Al系目标高熵合金在铸态下形成有序结构或者形成金属间化合物；其中，Md和δ分别为Al系目标高熵合金的平均Md值和平均δ值。当然本发明的方法可能也可适用于其他系目标高熵合金，对此本申请并未针对所有系目标高熵合金展开研究，但可以确定的是本发明的以上方法适用于Al系高熵合金相结构的预测。