[发明专利]一种1GPa高强度铝基轻质中熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种1GPa高强度铝基轻质中熵合金及其制备方法，属于金属材料制备领域。所设计的中熵合金的原子表达式为Al_xLi_yMg_zZn_uCu_v，下标表示各对应合金元素的摩尔百分比,其中x+y+z+u+v＝100，x＝79.5～80.5，y＝1.5～2.5，z＝1.5～2.5，u＝13.5～14.5，v＝1.5～2.5。涉及合金的相结构以面心立方(FCC)固溶体为主。本发明通过真空感应熔炼并直接浇铸得到合金铸锭，制备过程能耗低，成本低，操作简单，使轻质块体中熵合金得制备成为可能。目前，铝合金在航空航天、汽车电子等高端制造业的广泛应用，使得人们对其成本、强度和塑性提出了更高的要求。本发明所制备的铝基轻质中熵合金因具有高强度和良好的综合性能，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种高强度铝基轻质中熵合金及其制备方法

背景技术

轻质材料的应用是解决当今时代能源、环境、安全三大问题的主要手段之一，是实现轻量化的重要途径。铝合金是传统的轻质结构材料，它具有密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低等一系列优点，同时以其良好的加工成形性和高的材料再生性，成为汽车、航空、航天、武器装备等领域用材的研究热点之一。尤其是高强铝合金，既满足轻量化要求，又满足构件在工作环境方面所需要的一定的抗拉强度、屈服强度、伸长率和抗冲击等性能，所以得到了广泛关注与快速发展。

近些年研究表明，通过提高合金体系总体熵值，获得中熵或者高熵合金，将获得一些特殊的性能，新型合金的强度、硬度、耐磨耐腐蚀性、抗高温氧化、抗高温软化、低温韧性和抗辐照等一系列性能均突破传统合金的性能极限。同时，提高合金体系的熵值后，其组成成分将由相图边缘向多元相图的中间部分移动，而这些位置对于新型材料的探索方面仍然是一个盲区。目前，已经得到广泛研究的高熵合金体系主要由Co、Cr、Fe、Ni、Cu、Mn、Ti等拥有原子核外3d亚层电子的过渡族金属元素组成。然而，大量的过渡族金属元素的添加也给高熵合金在航空航天等领域的应用带来了一些问题。比如：(1)密度大。过渡族金属元素往往具有较大的密度，这势必会导致多组元高熵合金的密度较大；(2)成本高。显然，现有的高熵合金组元的原材料价格往往不菲，加之各组元在高熵合金中具有较高的原子百分比，因此大幅提高了合金的制造成本；(3)能耗高，传统高熵合金组元往往具有较高的熔点，这势必造成合金熔炼能耗的提高。

本发明针对以上这些问题采用真空感应熔炼并浇铸的方法制备了一种新型低成本轻质高强铝基中熵合金。

发明内容

针对上述现状，本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高强度铝基轻质中熵合金，其抗压强度超过1GPa，断裂塑性达到22％，密度约为3.38g/cm³。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种高强度铝基轻质中熵合金的制备方法。

一种1GPa高强度铝基轻质中熵合金，该合金的分子式为Al_xLi_yMg_zZn_uCu_v，下标表示各对应合金元素的原子摩尔百分比，各成分配比误差在±0.2％范围内；

一种如上所述1GPa高强度铝基轻质中熵合金的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：

步骤1：按原子摩尔百分比将合金组分中的Al、Zn、Li、Mg、Cu配料，各成分配比误差在±0.2％范围内；

配料前用砂轮机将各原料表面氧化层去除，再用电子天平称取原料，其中各原料纯度均大于99.9％；

步骤2：将配好的原料按照熔点由高到低的顺序依次放进石墨坩埚中，熔点最高的元素置于最下方，熔点最低的元素放在最上方；