[发明专利]高熵非晶合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶合金材料及其制备技术领域，特别涉及高熵非晶合金材料及其制备方法。 

背景技术

非晶合金是一种具有特殊结构和性能的高技术新材料。与传统的晶体材料不同，非晶合金在结构上原子排列呈现短程有序而长程无序的特点；在性能上则表现为强度高、弹性变形量和弹性储能大、耐腐蚀性能好等特征，使非晶合金有多种潜在应用前景。并且初步的研究结果表明：非晶合金具有良好的氢渗透性能，使其有可能用作透氢功能材料。 

高熵合金也是一类十分特殊的合金。它包含5种或5种以上的合金元素，并且各种合金组元的原子百分比相等或基本相等。这与传统合金只包含1种或2种主要组成元素的成分设计理念有很大差别。由于这种成分上的特点，高熵合金表现出许多独特的性能。例如在结构上由于热力学上的高熵效应，由化学相容性较好的元素组成的高熵合金体系通常至生成少数几种简单固溶体，甚至单一相，如体心立方（BCC）或面心立方（FCC）等。在性能上，高熵非晶合金具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐蚀性、高热阻、高电阻等。 

非晶合金与高熵合金都是近几十年才开发出来的新兴材料。这两类合金差别很大，是各自独立发展的。但近期的研究成果表明二者之间也有互相交叉的部分，即部分高熵合金成分可在一定条件制备成具有非晶结构的合金材料，这类合金被称为高熵非晶合金。例如，日本东北大学的Ma等于2002年制备出 Ti₂₀Zr₂₀Hf₂₀Cu₂₀M₂₀（M=Fe，Co，Ni）非晶合金条带，其中，成分为Ti₂₀Zr₂₀Hf₂₀Cu₂₀Ni₂₀的高熵合金能制备成块体非晶合金（High Entropy Bulk Metallic Glass，简称HE-BMG），其临界尺寸达到1.5mm（Ma L Q,Wang L M,Zhang T,et al.Bulk glass formation of Ti-Zr-Hf-Cu-M(M=Fe,Co,Ni)alloys.Mater.Trans.,2002,43:277-280.）。其后，中科院物理所于2011年制备出直径为3mm的Zn₂₀Ca₂₀Sr₂₀Yb₂₀(Li_0.55Mg_0.45)₂₀块体非晶合金（Zhao K,Xia X X,Bai H Y,et al.Room temperature homogeneous flow in a bulk metallic glass with low glass transition temperature.Appl.Phys.Lett.,2011,98:141913.），该合金由于其玻璃化转变温度较低，在室温时呈现出均匀流变的特点。另外还有Er₂₀Tb₂₀Dy₂₀Ni₂₀Al₂₀,Sr₂₀Ca₂₀Yb₂₀Mg₂₀(Zn_0.5Cu_0.5)₂₀,Sr₂₀Ca₂₀Yb₂₀Mg₂₀Zn₂₀等三种成分的合金也可制备出高熵块体非晶合金（Gao X Q,Zhao K,Ke H B,et al.High mixing entropy bulk metallic glass.J.Non-Cryst.Solids,2011,357:3557-3560.）。在同一年，日本东北大学用玻璃包覆提纯法制备了直径为10mm的Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀块体非晶合金，这也是首个临界尺寸达到厘米量级的高熵块体非晶合金（Takeuchi A,Chen N,Wada T,et al.Pd20Pt20Cu20Ni20P20high-entropy alloy as a bulk metallic glass in the centimeter.Intermetallics,2011,19:1546-1554.）。