[发明专利]一种AlCoCrCuFeSiTi高熵合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高熵合金及其制备方法。

背景技术

一直以来，传统合金的设计方法都是以一种或两种元素作为主要组元，再通过添加其他元素来改善材料的组织和性能，如不锈钢、Ti-Al等二元系金属间化合物、铝合金、钛合金、镁合金以及块体非晶合金等。传统晶体学理论认为，合金中组元过多会导致形成多种金属间化合物和其他复杂组织，使得合金丧失机械性能，难于获得实际应用。随着现代工业的发展，对材料提出了越来越高的性能要求：优异的机械性能、耐高温、耐腐蚀、软磁性等，尽管通过诸如快速凝固、激光加工等新的材料加工工艺来提高材料的使用性能，但还是不能满足工业应用要求。

另一方面，经过几百年的发展，传统合金体系的发展已经趋于饱和。突破以一种或两种金属元素为主的传统合金的设计思路已经成为金属材料发展的必然要求。高熵合金正是在这样的趋势下发展起来的。2004年，中国台湾学者叶均蔚教授完全打破了传统合金单一主元素设计模式，开创了金属材料全新研究新领域。高熵合金不再以单一元素为主，而采用多种主要元素的方式。叶均蔚教授认为多主元合金凝固后不仅不会形成数目众多的金属间化合物，反而会形成简单的体心立方或面心立方相，所得相数远远低于平衡相率所预测的相数。他认为这是由于多主元合金具有高的混合熵，从而抑制了金属间化合物的出现。进而，将多主元合金命名为多主元高熵合金，并给出多主元高熵合金定义：主要元素数目n≥5，且其中每种主要元素的原子百分比为5％～35％的合金。因此在多主元高熵合金中没有一种组元在数量上会超过50％以上，进而成为唯一的主要元素。多主元合金设计理念的提出，开辟了广阔的全新合金体系。多主元合金具有优异的特性，包括高硬度、大加工硬化、抗高温软化、耐腐蚀和高电阻率等，使得高熵合金应用层面多彩多姿，如高硬度且耐磨耐温耐蚀的工具、模具、刀具；高尔夫环头打击面、油压气压杆、钢管及辊压筒的硬面；高频变压器、马达的磁心、碳屏蔽、磁头、磁盘、磁光盘、高频软磁薄膜材料；化学工厂、船舰的耐蚀高强度材料；涡轮叶片、焊接材料、热交换热交换器及高温炉的耐火材料，超高大楼的耐火骨架，喷镀金属材料的抗扩散膜和微机电材料等。由于应用潜力多元化，具有广阔的产业多元化前景，因此多主元合金的研发对传统冶金和钢铁行业的提升无疑具有重要意义。因此开发具有良好力学性能的AlCoCrCuFeSiTi高熵合金，具有非常重要意义。

目前已发现的高熵合金的硬度一般为HV200～HV700，这比高速钢的硬度低，但高熵合金所具有的热稳定性对刀具行业很有吸引力，开发一种具有硬度可达高速钢硬度的高熵合金，是高熵合金走向刀具工业必须解决的问题，也是刀具工业发展对新材料提出的要求。

发明内容

本发明的目的是要解决现有高熵合金存在硬度低于高速钢的问题，而提供一种AlCoCrCuFeSiTi高熵合金及其制备方法。

一种AlCoCrCuFeSiTi高熵合金由Al、Co、Cr、Cu、Fe、Si和Ti元素组成；

所述的一种AlCoCrCuFeSiTi高熵合金中任意两元素的摩尔比为1:1。

一种AlCoCrCuFeSiTi高熵合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、超声处理：将Al材料、Co材料、Cr材料、Cu材料、Fe材料、Si材料和Ti材料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗20min～30min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的Al材料、Co材料、Cr材料、Cu材料、Fe材料、Si材料和Ti材料；再将除杂后的Al材料、Co材料、Cr材料、Cu材料、Fe材料、Si材料和Ti材料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗20min～30min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的Al材料、Co材料、Cr材料、Cu材料、Fe材料、Si材料和Ti材料；

二、称料：称取等摩尔量的步骤一得到的超声处理后的Al材料、Co材料、Cr材料、Cu材料、Fe材料、Si材料和Ti材料；