[发明专利]一种CoCrNiCuFeMnAl高熵合金及其制备方法

说明书

本发明属于金属合金材料领域，涉及一种CoCrNiCuFeMnAl高熵合金，其包括钴粉5.2～38.03wt.％、铬粉4.5～34.53wt.％、镍粉5.17～37.92wt.％、铜粉5.68～40.25wt.％、铁粉0.2～20.61wt.％、锰粉0.5～33.45wt.％和铝粉0.3～20.03wt.％；其制备方法是首先将上述金属单质粉末在球磨机中进行机械合金化，然后将得到的高熵合金粉体进行预压成型、退火处理，再进行热压烧结，将烧结体进行退火处理，最后将退火后的烧结体表面进行打磨、抛光，去除样品烧结中残留的外界杂质以及烧结过程中边缘产生的毛刺，从而制得CoCrNiCuFeMnAl高熵合金块体材料。与传统合金相比，本发明的高熵合金具有更好的致密度、硬度和抗压强度。

技术领域

本发明涉及金属合金材料领域，尤其涉及一种CoCrNiCuFeMnAl高熵合金及其制备方法。

背景技术

1995年，叶均蔚等突破材料设计的传统理念，在非晶合金基础上提出了新的合金设计理念，称之为多主元高熵合金(High Entropy Alloys,HEAs)。高熵合金是由5种以上元素组元按照等原子比或近等原子比合金化，一般形成固溶体的一类混合熵较高的合金。2004年将其定义为高熵合金，其主要元素原子分数范围为5％～35％。由于具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应和性能上的鸡尾酒效应，容易获得热稳定性高的固溶体相和纳米结构甚至非晶结构，高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性和高耐腐蚀性等传统合金所不能同时具备的优异性能，成为近些年来最有发展潜力的热点之一，具有很高的学术研究价值。近年来，高熵合金吸引了越来越多材料研究工作者的关注。

2007年陈敏等人采用真空熔炼发制备了AlTiFeNiCuCr_x多主元高熵合金，该合金为低温脆性材料，但在1073K高温时具有很好的塑性变形能力和较高的强度，其硬度范围为343.7～369.3HV，在x＝2时，样品在573K温度下拉伸强度接近1300MPa[陈敏,刘源,李言祥,等.多主元高熵合金AlTiFeNiCuCrx微观结构和力学性能[J].金属学报,2007(10):1020-1024]。2009年李安敏等人利用真空电弧炉熔铸AlCr_xCuFeNi高熵合金，结果表明，合金的铸态组织是典型的树枝晶，具有FCC和BCC结构，随x值增大，其硬度由446HV增大到518HV[李安敏,张喜燕.Cr对AlCrCuFeNi高熵合金组织与硬度的影响[J].有色金属,2009,2009,61(04):18-20]。2014年付志强等利用“机械合金化+SPS烧结”制备了CoFeNiAl_0.6Ti_0.4和CrCoFeNiAl_0.6Ti_0.4块体高熵合金，结果表明：Cr元素并不影响CoFeNiAl_0.6Ti_0.4高熵合金的合金化顺序，而影响完全合金化后的晶体结构，使CoFeNiAl_0.6Ti_0.4高熵合金由原本单一的fcc结构转变为fcc+bcc结构，SPS烧结后，CoFeNiAl_0.6Ti_0.4高熵合金主要为fcc+bcc主相+微量bcc相，而Cr元素的添加促使合金转变成fcc主相+微量bcc相[付志强,陈维平,方思聪.Cr对CoFeNiAl_0.6Ti_0.4的合金化行为与组织的影响[J].稀有金属材料与工程,2014(10):2411-2414]。2018年程虎等采用机械合金化和热压烧结制备FeCoCrNiMn高熵合金，随着热压烧结温度从700℃升高到1000℃，合金塑性应变从4.4％增加到38.2％，而屈服强度从1682MPa下降到774Mpa，经800℃和900℃烧结1h的FeCoCrNiMn高熵合金具有较好的综合力学性能[程虎,谢炎崇,唐群华,等.机械合金化和真空热压烧结FeCoCrNiMn高熵合金的显微组织和力学性能(英文)[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2018,28(07):1360-1367]。2019年颜建辉等通过球磨和放电等离子烧结制备了NbMoCrTiAl高熵合金粉末，探讨了不同温度下放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金微观组织和硬度的变化规律。结果表明：在转速300r/min和球料比10:1条件下，球磨60h粉末只达到部分合金化；在球料比10:1和球磨50h条件下，球磨转速要高于400r/min才能获得单一BCC固溶体高熵合金。随着烧结温度的升高(1400～1600℃)，NbMoCrTiAl高熵合金第二相的数量减少及其尺寸增大，导致了合金硬度由956HV降低至791HV[颜建辉,李凯玲,汪异,等.机械合金化和放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金[J].材料导报,2019,33(10):1671-1675]。