[发明专利]一种含有纳米颗粒结构的四元高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含有纳米颗粒结构的四元高熵合金及其制备方法，属于高熵合金材料技术领域。本发明按照原料的熔点从低到高的顺序依次自下而上安放原料，然后进行熔炼后冷却，得到含有纳米颗粒结构的四元高熵合金；所述熔炼的次数为3～6次；每次熔炼后冷却的方式为水冷；所述四元高熵合金为铝铬铁镍四元高熵合金。本发明采用水冷的方式加快熔体冷却速率，降低冷却时间，控制元素偏析，使四元高熵合金兼具较高的抗压强度以及良好的延展性。实施例的结果显示，本发明提供的铝铬铁镍四元高熵合金硬度达247.76HV、抗压强度达1807.01MPa、屈服强度达1205.08MPa、延伸率达16.21％。

技术领域

本发明涉及高熵合金材料技术领域，尤其涉及一种含有纳米颗粒结构的四元高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由多种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。目前研究的传统五元高熵合金常使用大量的钴、钛等高成本元素，严重制约了高熵合金的应用和发展。因此，制备具有优质结构并且力学性能良好的无钴低成本四元高熵合金将具有十分重要的意义。由于五元高熵合金相较于四元有更低的流动性，系统内部元素间混合焓较为复杂，元素分布情况受元素之间混合焓的影响较小，所以传统熔炼五元高熵合金在制备过程中不会对其结构造成影响，能够使五元高熵合金具有更高的强度和良好的延展性；而四元合金系统内部总会有两种元素混合焓最低，加之四元合金本身就存在流动性较好的属性，进而极易导致系统内部元素两两聚集，造成元素偏析，使四元高熵合金的力学性能受到较大的影响，给四元高熵合金的工艺方法带来了很大的挑战。

因此，如何克服四元高熵合金内部的元素偏析，使其兼具较高的抗压强度以及良好的延展性成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有纳米颗粒结构的四元高熵合金及其制备方法，本发明提供的含有纳米颗粒结构的四元高熵合金兼具较高的抗压强度以及良好的延展性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含有纳米颗粒结构的四元高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

按照原料的熔点从低到高的顺序依次自下而上安放原料，然后进行熔炼后冷却，得到含有纳米颗粒结构的四元高熵合金；所述熔炼的次数为3～6次；每次熔炼后冷却的方式为水冷；所述四元高熵合金为铝铬铁镍四元高熵合金。

优选地，所述铝铬铁镍四元高熵合金中铝铬铁镍的原子比为1：1：1：1。

优选地，所述原料包括铝颗粒、铬颗粒、铁颗粒和镍颗粒。

优选地，所述熔炼的气氛为氩气。

优选地，所述氩气的纯度≥99.5％。

优选地，所述熔炼的初始电流为30A。

优选地，所述熔炼的最终电流≤400A。

优选地，所述熔炼的气压为0.8～0.9个气压。

本发明提供了上述制备方法制备得到的含有纳米颗粒结构的四元高熵合金，所述含有纳米颗粒结构的四元高熵合金由枝晶和枝晶间的纳米颗粒构成；所述枝晶具有面心立方结构；所述纳米颗粒具有体心立方结构。

优选地，所述纳米颗粒的形状为球形，所述纳米颗粒的粒径为1～3μm。