[发明专利]一种含有Ti和C的高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含有Ti和C的高熵合金，包括以下组分：Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Ti、C，其中Fe、Co、Cr、Ni、Mn为等质量百分比混合，Ti与C的质量百分比之和范围为3％‑6％，Ti的质量百分比与C的质量百分比之比为1:2。本发明还涉及一种含有Ti和C的高熵合金的制备方法。本发明使用Ti粉和C粉改善了FCC结构高熵合金FeCoCrNiMn强度低的缺点，采用粉末冶金法可控制备出具有单一相FCC结构的高熵合金，其表现出了优异的综合力学性能，屈服强度为1567‑1834MPa，维氏硬度为510‑556HV，塑性应变为21.2‑25.7％，制备工艺简单、成本较低、实用性强和便于推广，因此在工程结构材料领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高熵合金材料技术领域，尤其涉及一种含有Ti和C的高熵合金及其制备方法。

背景技术

目前，对高熵合金广泛的定义是指由5～13种主要元素所组成的合金。多组元高熵合金因为其独特的相结构，全新的设计理念和优异的合金性能，现在已经成为金属材料领域新的研究热点，并与橡胶金属和大块金属玻璃共同被称为合金化理论领域近年来的三大突破。

目前制备块体高熵合金的方法主要有熔炼法和粉末冶金法。熔炼法制备的合金较易出现偏析、缩孔等缺陷，同时体积受到限制；粉末冶金的方法可以得到组织均匀的合金，且节约材料，是目前制备块体高熵合金的主要方法之一。

FeCoCrNiMn作为典型的FCC结构高熵合金，表现出了卓越的塑韧性，尤其是优异的低温塑性，但是存在强度较低的缺点，限制了其作为结构材料的应用。

因此，该领域技术人员致力于研发一种基于FeCoCrNiMn的高熵合金材料，能够具有优异的综合力学性能，即同时具有较高的强度与良好的塑性。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有Ti和C的高熵合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：一种含有Ti和C的高熵合金，包括以下组分：Fe、Co、Cr、Ni、Mn、Ti、C，其中Fe、Co、Cr、Ni、Mn为等质量百分比混合，Ti与C的质量百分比之和范围为3％-6％，Ti的质量百分比与C的质量百分比之比为1:2。

为实现上述目的，本发明还采用的一个技术方案是：一种含有Ti和C的高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量百分比分别称取Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉、Ti粉、C粉；

步骤2：对步骤1称量好的Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉、C粉进行球磨，得到混合粉末；

步骤3：对步骤2得到的混合粉末进行真空热压烧结，待混合粉末完全熔化后，加入称量好的Ti粉，继续进行真空热压烧结，得到块状合金。

进一步，步骤2中球磨的具体过程为，将步骤1称量好的Fe粉、Co粉、Cr粉、Ni粉、Mn粉、C粉倒入真空球磨罐中，在高纯氩气气氛保护的真空手套箱内封装罐体后，放入全方位行星式高能球磨机中进行球磨，球料比为15:1，球磨机转速为300r/min，研磨球直径为10mm，球磨时间为20-40h。

进一步，步骤2中球磨时每间隔3h停机添加一定量的正庚烷，球磨完成后在真空干燥箱中100℃干燥10h。

进一步，步骤3的具体过程为，将步骤2得到的混合粉末装填于石墨模具中，在真空热压烧结炉中进行烧结，烧结温度为800-1000℃，升温速率为6-10℃/min，烧结压力为40-50MPa，保温0.5h混合粉末完全熔化后，加入称量好的Ti粉，继续进行真空热压烧结，保温1h后卸载压力随炉冷却至室温。

与现有技术相比，本发明一种含有Ti和C的高熵合金及其制备方法的有益效果在于：