[发明专利]一种Al-Ni-Y-Co高熵非晶合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Al‑Ni‑Y‑Co高熵非晶合金及其制备方法，该Al‑Ni‑Y‑Co高熵非晶合金的化学式为(Al_1/3Ni_1/3Y_1/3)_100‑xCo_x(x为原子分数，x＝8～20)，且Al、Ni、Y为等原子比。本发明还提供该种高熵非晶合金的制备方法。本发明制备的Al‑Ni‑Y‑Co高熵非晶合金抗腐蚀能力超过常见海洋工程用钢，能够与AA2024铝合金的耐腐蚀性能相媲美。在保证力学性能的前提下，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，可作为一种新型耐腐蚀表面防护材料使用。

技术领域

本发明属于非晶合金材料领域，具体涉及一种具有较高硬度与较好耐腐蚀性能的高熵非晶合金及其制备方法。

背景技术

金属在海洋环境中，受海水温度、海水含盐度、海洋大气温度、海洋大气湿度的影响，腐蚀程度很严重，海水中的氯离子可穿透金属的氧化膜保护层，形成点蚀或坑蚀，使金属出现晶间腐蚀。腐蚀不仅降低了船舶钢结构的强度，缩短了船舶的使用寿命，同时还会使航行阻力增加，航速降低，影响使用性能。更为严重的是，一旦出现穿孔或开裂，还会导致海损事故的发生，造成惊人的损失。

钢材是高品质船舶与海洋工程建造的主要原材料。因此，高品质船舶与海洋工程用钢的发展一直是海洋工程相关领域和钢铁工业十分关注的问题。目前海洋工程用金属材料主要是船舶轴承与模具用的45号钢以及常见的铝合金等，但是钢材密度较高或耐腐蚀性能与抗磨损性能存在不足，严重制约了其广泛发展。目前针对海洋大型船舶的耐腐蚀防护措施主要为采用防腐涂料进行耐腐蚀方面的保护，但是涂料中化学试剂的使用增大了对海洋环境的污染；同时海洋防腐涂料用量巨大，每万吨船舶需要需要使用4~5万升涂料。倘若不能有效防护，整个船舶寿命将会缩短一半，代价巨大。此外，考虑到大型船舶需要在船体、甲板、压载水舱等关键部位具有一定的耐磨损性能，因此选用一些硬度较高的金属耐腐蚀材料作为船舶的表面防护涂层，也是一种可行的手段。

非晶合金（metallic glasses, MGs）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，这种材料是在超急冷凝固条件下形成的；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，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，主张的是“多主元”理念，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。与传统合金相比，高熵合金没有明显的溶剂与溶质之分，表现出高强度、高韧性、抗辐照及优异的力学性能与软磁性能等特点。随着研究的进一步深入，现有研究将高熵合金的概念往往扩展到由4种或4种以上元素组成，各主元的原子分数仍在5%~35%之间。

在特定的制备条件下，部分高熵合金满足高结构熵和高混合熵时，会形成非晶结构，实现合金在具有紧密拓扑结构的同时还拥有高度的化学无序状态，进而形成强度与韧性相兼容的高熵非晶合金。

因此，开发适合大面积推广使用的、兼顾力学性能与耐腐蚀性能的高熵非晶合金材料作为一种表面防护材涂层料，对海洋大型装备的服役防护十分重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种Al-Ni-Y-Co高熵非晶合金，该高熵非晶合金具有较高的硬度与抗腐蚀能力，可作为海洋环境下大型装备防护材料使用。

本发明的另一目的在于提供上述Al-Ni-Y-Co高熵非晶合金的其制备方法，该制备方法操作步骤简单易行、过程易于控制，能够获得成分均匀、力学性能突出且耐腐蚀性能较佳的高熵非晶合金。