[发明专利]一种高熵合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵合金及制备方法，属于合金领域。本发明的工艺步骤包括：使用高真空电弧熔炼与吸铸系统对原料进行电弧熔炼，使用电火花数控线切割机床进行切割，通过KSY可控温度控制器箱式电阻炉对合金进行热处理，最后镶嵌、砂纸打磨、抛光得到成品。其中，高熵合金由Cu、Co、Cr、Fe、Ni五种金属元素和微量C元素组成。本发明工艺制备的高熵合金，具有抗拉强度、塑性和韧性均有较大提升的优点。

技术领域

本发明涉及合金材料领域，特别是涉及一种高熵合金及制备方法。

背景技术

高熵合金是一种由多主元合金元素主导的合金，以为其组成元素为五种或者五种以上因此高熵合金也称之为多主元合金。熵的定义为混乱度，合金的组元越多，混乱程度也自然越高。传统的二元合金一般称为底熵合金，三元到四元合金称为中熵合金，五元或者五元以上的合金则称为高熵合金。正是因为由多种组元构成，所以高熵合金在结构和性能上也继承了各个组元合金的优良性能，使得高熵合金的具有良好的高熵效应。

目前已知的高熵合金的四个效应有：热力学上的高熵效应：高熵合金是由于多种合金元素组成，因而合金的混乱程度比较大；动力学上的迟缓扩散效应：高熵合金由多种不同的原子组成，不同的金属原子对于合金总体的性能也不尽相同，当合金中的主元数较多，合金的混合熵很高的时候，合金主元之间的协同扩散就会变得困难，而且晶格的严重变形也会阻碍原子的运动，使扩散在具有高混合熵合金中难以进行；结构上的晶格畸变效应：包含多种元素的高熵合金存在着严重的晶格畸变，因为其中的所有原子既可以看做溶质原子，也可以看做溶剂原子，而且各类原子尺寸都不一样，这些原子半径在融合之后造成晶格畸变这种严重的畸变效应必然会影响到材料的力学、热学、电学、光学乃至化学性能；性能上的“鸡尾酒”效应：高熵合金的“鸡尾酒”效应是指源于元素的基本特性以及它们之间的相互作用使得高熵合金呈现出的一种复杂效应。

高熵合金作为21世纪初新提出的一种全新的合金设计理念，因其成分组成的组元多，让合金的元素组合方式增多，也使高熵合金具有很好的发展前景。高熵合金的概念从其提出发展至今，人们利用高熵合金的四大效应，不断进行研究，在各个合金元素的选择搭配上已有很多研究成果。但是在研究添加碳元素并对这一方面的研究比较少。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明目的在于提供一种高熵合金及制备方法，以解决现有技术存在的未能通过添加C元素以提高合金抗拉强度、塑性和韧性的技术问题。

为此，本发明提出以下方案：

一种高熵合金及制备方法，包括以下步骤：

S1:称取所需质量的Cu、Co、Cr、Fe、Ni、C元素；

S2:将所称得样品放入高真空电弧熔炼炉，打开分子泵对炉体抽真空，当分子泵气压稳定后，再对炉体充入保护气，启动熔炼电源对样品进行熔炼，得到铸态母合金锭；

S3:使用砂纸对铸态母合金锭表面氧化层进行打磨，再使用电火花数控线切割机床对铸态母合金锭进行切半；

S4:将经过步骤S3得到的试件放置于石英管中，对石英管进行抽真空，使用氧乙炔对石英管加热密封；把封好的石英管放进箱式电阻炉中，调节反应温度，保温，完成后，关闭箱式电阻炉，随炉冷却即可得到(Cu_aCo_bCr_cFe_dNi_e)_100-xC_x高熵合金。

优选地，所述Cu、Co、Cr、Fe、Ni的质量比，即a、b、c、d、e分别为：6.4—8.5：23.3—26.9：20.1—23.4：22.8—25.5：20.5—22.3。