[发明专利]一种高强高韧高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高韧高熵合金及其制备方法，以摩尔百分比计，包括以下组分：Ti 16.0～17.0％，Zr 16.5～17.5％，Hf16.0～17.0％，Co 16.0～17.0％，Ni 16.0～17.0％和Cu 16.5～17.5％，所述高强高韧高熵合金在室温下含有B2相，B2相为CoHf相。本发明提供的高强高韧高熵合金的具体制备步骤如下：将金属原料在氩气氛围下高温熔炼五次以上后制备成母合金锭，母合金锭破碎后在氩气环境下熔化成液态，然后注入铜模急速冷却制得高强高韧高熵合金。本发明提供的高强高韧高熵合金具有极高的强度和良好的塑性。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高强高韧高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金作为一类新型金属材料，因具有优异的力学性能受到了研究人员的广泛关注。高熵合金是一类由五种及五种以上元素以等摩尔比或近摩尔比的方式组合成的新型合金，具有高熵值、低扩散速率、显著晶格畸变及“鸡尾酒”效应四个主要特点。典型的高熵合金相由FCC、BCC或BCC+FCC等固溶体和富集非晶相组成，此外还包含普通的非晶相。在高熵合金中，高的混合熵降低了合金体系的自由能，促使其更易形成单相固溶体结构。在对高熵合金的研究报道中，最常见的单相固溶体结构是面心立方结构(FCC)和体心立方结构(BCC)。通常，单相FCC结构的高熵合金延伸性能优异而强度较低，但是单相的BCC结构的高熵合金则表现为高强度和低塑性。FeCoNiCrMn高熵合金是目前研究最广泛的高熵合金之一，具有FCC单相组织，室温下的延伸率达52％，但抗拉强度仅为563MPa，现有的高熵合金不能满足同时具备高强度和高韧性的要求。因此，改善高熵合金的力学性能，提供一种兼具高强度和高塑性的高强、高韧的高熵合金具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具高强度和高塑性的高熵合金，以摩尔百分比计，包括以下组分：Ti 16.0～17.0％，Zr 16.5～17.5％，Hf 16.0～17.0％，Co 16.0～17.0％，Ni 16.0～17.0％和Cu 16.5～17.5％。本发明提供的高强高韧高熵合金在室温下为CoHf(B2)相，具有极高的强度和良好的塑性。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

本发明的技术方案之一，一种高强高韧高熵合金，以摩尔百分比计，包括以下组分：Ti 16.0～17.0％，Zr 16.5～17.5％，Hf16.0～17.0％，Co 16.0～17.0％，Ni 16.0～17.0％和Cu 16.5～17.5％，所述高强高韧高熵合金在室温下含有B2相，所述B2相为CoHf相。

本发明的技术方案之二，一种高强高韧高熵合金的制备方法，包括母合金锭的制备、重熔和急速冷却。

进一步地，所述母合金锭的制备具体操作为：按照母合金锭的成分，称取原料Ti颗粒、Zr颗粒、Hf颗粒、Co颗粒、Ni颗粒和Cu颗粒，然后将各原料放入熔炼炉中，在氩气氛围下进行高温熔炼，制得母合金锭。

进一步地，所述原料Ti颗粒、Zr颗粒、Hf颗粒、Co颗粒、Ni颗粒和Cu颗粒的纯度均≥99.9％。

进一步地，所述将各原料放入熔炼炉中是将各原料按照熔点由高到低依次投放，所述高温熔炼的温度为2300～2500℃，每次熔炼时间为6分钟；重复熔炼5次以上，每完成一次熔炼冷却5分钟，将合金锭翻转，继续熔炼，重复熔炼5次以上得母合金锭。

进一步地，所述高温熔炼在5×10^-3Pa的真空条件下进行。

进一步地，所述冷却的降温速率为1000K/s，冷却至室温。

进一步地，所述重熔的具体操作为：将母合金锭破碎后在氩气环境下逐渐升温重熔成液态，重熔的温度为1130～1250℃，时间为4-5s。