[发明专利]一种多元素掺杂增强增韧的高熵合金及其制备方法

说明书

本发明属于高熵合金领域，具体涉及一种多元素掺杂增强增韧的高熵合金及其制备方法。所述高熵合金成分包括Al、Co、Cr、Fe、Ni、M，各元素的原子百分比分别为：Al为16％～22％，Co为16％～22％，Cr为16％～22％，Fe为16％～22％，Ni为16％～22％，M为1％～8％；所述高熵合金的Ω为1.1～1.5，δ为6.2～6.8；所述M元素选自Zr、Ti、Hf中的至少2种。其制备方法为：将高纯金属放在真空电弧熔炼炉内，在惰性气氛的保护下反复熔炼四次以上。本发明使用了多元素掺杂的理念，使得本体系的高熵合金的强度和韧性均有明显提升，密度也有所降低，从而增大了合金的比强度。

技术领域

本发明属于高熵合金领域，具体涉及一种多元素掺杂增强增韧的高熵合金及其制备方法。

背景技术

研究人员一直在开发高强度、高韧性的材料。高熵合金是一种有前途的材料，具有多种主要元素和简单的固溶体结构，通常以等原子或近等原子比组成。高熵合金的成分设计以及各种元素的相互作用一直是高熵合金领域的核心问题。

在以前的研究中，AlCoCrFeNi高熵合金由于其优异的抗压强度和塑性应变而被广泛研究。适量添加Ti、V、Mo、Nb、Zr等元素，可以对AlCoCrFeNi基体合金实现固溶强化和沉淀强化，产生一些优异的力学性能。然而，AlCoCrFeNi高熵合金中主要是以一种元素掺杂为主，几乎没有关于多元素掺杂的报道。多元素掺杂的高熵合金有广阔的发展空间和巨大的性能潜力。

发明内容

本发明目的在于，提供一种多元素掺杂增强增韧的高熵合金及其制备方法，克服单一元素掺杂存在的不足，以达到同时提高强度和韧性的目的。

本发明首次尝试了利用Ti-Zr、Ti-Hf、Zr-Hf等双金属元素对高熵合金进行掺杂；所得产品密度低、力学性能优良，具有产业应用价值。同时本发明所采用的设计思路具备一定的前瞻性。

本发明采用的技术方案如下：

一种多元素掺杂强韧化的高熵合金，所述高熵合金成分包括Al、 Co、Cr、Fe、Ni、M，各元素的原子百分比分别为：Al为16％～22％， Co为16％～22％，Cr为16％～22％，Fe为16％～22％，Ni为16％～22％， M为1％～8％；所述高熵合金的Ω值为1.1～1.5，δ值为6.2～6.8；所述 M元素选自Zr、Ti、Hf中的至少2种；

其中；

Ω＝T_mΔS_mix/|ΔH_mix|

式中，δ为原子尺寸差，c_i和r_i是高熵合金中第i种元素的原子分数和原子半径，ΔH_mix是合金的混合焓，ΔH_{ij mix}是高熵合金中第i 种元素和第j种元素二元体系的混合焓，T_m是通过各元素的百分比计算得到的熔点，ΔS_mix是合金的混合熵。

本发明一种多元素掺杂强韧化的高熵合金，作为优选方案之一，所述M元素由Zr、Ti构成。

本发明一种多元素掺杂强韧化的高熵合金，作为优选方案，所述高熵合金中，以原子百分比计：Ti为4％～6％，Zr为0.01～2％。

本发明一种多元素掺杂强韧化的高熵合金，作为进一步的优选方案，所述高熵合金中，以原子百分比计：Ti为4.7％～4.75％，Zr为 0.9～0.95％。

本发明一种多元素掺杂强韧化的高熵合金，作为更进一步的优选方案，所述高熵合金中，各元素以原子比计： Al:Co:Cr:Fe:Ni:Ti:Zr＝20:20:20:20:20:5:1。