[发明专利]一种耐磨、耐蚀MnNbTaTiV高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐磨耐蚀高熵合金材料及其制备方法。MnNbTaTiV高熵合金材料的制备过程如下：(1)按照等摩尔比配制各金属粉末；(2)使用混粉机将粉末混合均匀；(3)将混合好的粉末放入真空干燥箱中干燥(4)将干燥后的粉末在压力机下冷压成型；(5)使用非自耗真空电弧熔炼炉对压制成块的样品进行熔炼。本发明制备的MnNbTaTiV高熵合金为单一的BCC结构，具有硬度高和耐蚀性强等优点，该合金在耐磨和耐蚀领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于合金材料及其制备技术领域，具体提供了一种耐磨、耐蚀的MnNbTaTiV高熵合金及其制备方法，该合金适用于耐磨和耐蚀领域。

背景技术

传统合金的定义是：由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)，经过一定的方法所得到的具有金属特性的物质。传统合金的发展经验告诉我们，添加较多种类的合金元素易生成化合物特别是脆性金属间化合物，引起合金脆性增加。此外，这还使得合金的成分和组织结构分析变得困难，所以一般认为合金元素添加的种类越少越好。这使得人们积累了大量以一种或两种主要元素为基体的合金知识，而对包含近于等摩尔比的多种组元的新型合金知之甚少，限制了合金种类向多元化发展的空间。

高熵合金是由上世纪90年代中国台湾学者叶均蔚提出的多组元合金概念，由五种或五种以上主要元素等比例或近似等比例混合(每种元素的摩尔含量在5％～35％之间)构成高熵合金。每一种合金系统均可设计成简单的等摩尔比合金，也可设计成接近等摩尔比的合金。高熵合金不同于传统合金的一大特点是其具有特殊的四大效应。其一，热力学上的高熵效应，熵在热力学上是表征系统混乱度的一个参数，系统的混乱度越大其熵值也越大，一般而言体系越复杂熵值越大，合金的混合熵随着元素种类的增多而增大，系统越稳定。高的混合熵增加了主元之间的相容性，从而避免相的分离而导致金属间化合物的生成，因此，一些化学相容性较好的元素组成的高熵合金趋向于形成简单的固溶体相，甚至是单一相。其二，结构上的晶格畸变效应，高熵合金各元素原子大小种类不同，每一种组元的原子半径都不一样，而且高熵合金每一种原子既可以是溶剂也可以是溶质，从而产生严重的晶格畸变。严重的畸变使得高熵合金具有很好的固溶强化效果，进而获得高的强度和硬度。其三，在动力学方面具有迟滞扩散效应，高熵合金的基体为置换型固溶体相，其相变需要通过各组元原子之间的协同扩散来实现。这种协同扩散和严重的晶格畸变增加了原子扩散的阻力，降低了原子的有效扩散速率，使高熵合金更易于形成过饱和的固溶体和细小的析出相。其四，高熵合金的“鸡尾酒”效应，高熵合金的“鸡尾酒”效应是指源于各元素的基本特性以及它们之间的相互作用使高熵合金呈现出的一种复杂效应。例如，如果使用较多的抗氧化元素，可提高高熵合金的高温抗氧化能力；使用较多耐腐蚀的元素时，高熵合金可表现出优异的耐腐蚀性。

高熵合金作为一种全新的合金体系，具有广阔的应用前景。如具有极高硬度、耐磨性及耐蚀性的高熵合金，可应用于制作耐腐蚀、高强度和耐高温的刀具、模具及机件；制造化工厂、船舰等的耐腐蚀材料。高熵合金因其应用潜力的多样化，面对产业的多样化，具有重要的研究价值和广阔的应用前景，因此制备高性能的MnNbTaTiVZr高熵合金具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于开发出具有耐磨、耐蚀高性能的MnNbTaTiV高熵合金，使其满足在现代工业中人们对材料耐磨耐蚀性能的要求，使得高熵合金在应用领域得到广泛应用。

本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案为：一种耐磨、耐蚀高熵合金材料，成分为MnNbTaTiV，其中，Mn:Nb:Ta:Ti:V的摩尔比依次为：1:1:1:1:1。

本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案还包括：一种成分为MnNbTaTiV的高熵合金材料的制备方法，其特征在于具体是按以下步骤完成的：

步骤一、采用纯度99.5％以上的冶金原料Mn、Nb、Ta、Ti、V金属粉末，按照等摩尔比例进行精确的称量配比，再将其混合均匀；

步骤二、混好的粉末放入真空干燥箱中70℃下干燥10小时；