[发明专利]一种高强高塑共晶高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高塑共晶高熵合金及其制备方法，该合金由主要元素Ni、Co、Fe、Cr、Al及微量元素X组成，合金组分为Ni_aCo_bFe_cCr_dAl_eX_f，a、b、c、d、e、f分别代表对应元素的摩尔百分比，58≤a+b≤62，a≥b，18≤c+d≤22，c≥d，17≤e≤19，f≤5.3。微量元素X包括以下元素：W、Nb、Mo、B、C。该共晶高熵合金的制备方法是：首先将Ni、Co、Fe、Cr、Al、X合金元素去氧化皮和清洗，按一定摩尔比称量并混合，进行母合金熔炼，最后吸铸得到共晶高熵合金。本发明的合金将面心立方相与体心立方相结合，具有高强度和高塑性，且Al、Cr、W等元素有利于合金抗氧化、抗腐蚀、高温稳定性提高，合金的综合性能十分优异。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备技术领域，具体为一种高强高塑共晶高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由多种主要元素组成的一类新型金属材料，具有高混合熵与严重晶格畸变等特点。高熵合金表现出高强度、高硬度、高抗辐照性等一系列优异的性能，成为未来潜在的结构材料，在航空航天等极端条件下具有广泛的应用前景。然而目前研究的高熵合金主要表现为单相固溶体结构，其中面心立方高熵合金具有极好的塑性但强度较差，体心立方高熵合金强度很好但塑性远不能满足工程应用要求。因此，如何将高强度与高塑性结合成为了高熵合金设计所面临的主要问题。

同时，传统高熵合金由于自身组元数多且浓度高而具有缓慢扩散的特点，在制备过程中经常出现元素偏析现象，具有组织不均匀的缺点；并且现有高熵合金一般流动性不好，导致其铸造成型性能较差。这些制备工艺上的问题严重制约了高熵合金的工程应用与发展。

发明内容

本发明的目的是，针对现有高熵合金存在的无法同时具有高强度与高塑性以及易偏析、流动性差等缺点，提供一种高强高塑共晶高熵合金及其制备方法，该共晶高熵合金由面心立方相和体心立方相组成，其中面心立方相提供塑性，体心立方相提供强度，使合金在达到高强度的同时保持良好的塑形。此外，在合金设计过程中充分利用Al、Cr、W等元素对合金抗氧化、抗腐蚀、高温稳定性的积极影响，使合金的综合性能十分优异。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高强高塑共晶高熵合金，所述共晶高熵合金由主要元素Ni、Co、Fe、Cr、Al以及微量元素X组成，所述共晶高熵合金的主要组分为Ni_aCo_bFe_cCr_dAl_eX_f，其中a、b、c、d、e、f分别代表对应各元素的摩尔百分比，58≤a+b≤62，a≥b，18≤c+d≤22，c≥d，17≤e≤19，f≤5.3。

优选的，微量元素X包括以下成分：W、Nb、Mo、B、C组成，且微量元素各成分的摩尔百分比为：W≤3.0，Nb≤3.0，Mo≤3.0，W+Nb+Mo≤5.0，B≤0.1，C≤0.2。

一种本发明所述的高强高塑共晶高熵合金的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、超声清洗：将Ni、Co、Fe、Cr、Al、X合金原料使用机械研磨方法去除元素表面的氧化皮，然后置于不同容器中并加入酒精溶液，超声清洗，取出后吹干酒精得到超声处理后的六种原料；

S2、配料：根据共晶高熵合金的摩尔百分比精确称量S1得到的Ni、Co、Fe、Cr、Al金属原料以及X原料并混合；