[发明专利]一种具有高强度HCP相高熵合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有高强度HCP相高熵合金及其制备方法，其特征在于：采用高纯度金属粉末Co，Cr，Fe，Ni，Ta，Nb为原料，首先将单质粉末按一定比例在高能球磨机中进行机械混合后放入真空干燥箱干燥，然后采用粉末等离子弧增材制造技术通过逐层堆积获得高熵合金；本发明的高强度HCP相高熵合金，经过对其进行XRD鉴定及析出相力学性能测试后发现，其同时含有Ta和Nb的高熵合金具有更高强度的HCP相和力学性能，且本方案提供的Nb替代部分Ta的替代方案不改变高熵合金析出相类型及相成分的情况下，由于采用上述技术方案，不但保证了高熵合金的性能且通过替代相对储量更少的Ta的大大节约了材料成本。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种具有高强度HCP相高熵合金的制备方法。

背景技术

Ta和Nb在自然界中以共生的形式存在，其中Nb在地球中的平均含量为0.002%，而Ta仅有0.000006%。钽合金与铌合金被广泛应用于工程桥梁，超导材料，生物金属等，具有巨大的开发潜力。因此，迫切需要发现一种新的物质能够在保留Ta的性质的基础之上，实现更高的力学性能，成为了研究人员目前亟待解决的问题。以近些年广泛研究且十分具有应用潜力的CoCrFeNi基高熵合金为例，Ta和Nb的加入可显著改善CoCrFeNi的强度和硬度，对其耐腐蚀性的提升也效果显著。研究表明，同等成分的Ta和Nb的加入，Ta更能够促进CoCrFeNi合金力学性能的提升。考虑到二者都能够产生相同晶体结构的析出相，因此申请人尝试利用Nb来替换CoCrFeNiTa0.4中的部分Ta，以更低成本的方式来实现更高的强度。

影响合金力学性能的因素较多，但大都以析出相类型，体积分数以及晶粒的大小为主。采用晶粒大小判定主要适用于同种金属而言，针对不同成分的金属，析出相的体积分数和硬度便显得尤为重要。而一味增加析出相体积分数必然导致合金脆性断裂，适得其反。在一定相体积分数分布的前提下，提高析出相的硬度无疑成为提高合金综合性能的有效方法。然而采用何种制备途径，如何选择合适的工艺参数及制备方法，以更为低廉的技术生产出更高强度的高熵合金成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高强度HCP相高熵合金的制备方法，通过调整高熵合金中元素的含量及原子百分比，提供一种具有相似相体积分数，更高相硬度的高熵合金，且该合金具有更高的维氏硬度，为高强高韧高熵合金的制备提供依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有高强度HCP相高熵合金的制备方法，其特征在于，所述高熵合金包括由Co，Cr，Fe，Ni，Ta，Nb单质粉末组成的高熵合金粉末，其原子百分比为1：1：1：1：0.2：0.3，制备方法包含以下几个步骤：

S1:将单质粉末在真空手套箱中按比例混合后与氧化铝研磨球一同放入球磨罐中，粉球的质量比为1:3，高能球磨机以正转5分钟，停5分钟，随后反转5分钟，停5分钟的方式运行，共计运行12个小时：

S2：将混合均匀的高熵合金粉末放在真空干燥箱中干燥5小时后，存储在密闭的容器中备用；

S3：将等离子沉积时用的基板用角磨机打磨光亮后，先后用酒精和丙酮清洗，去除表面的油污；

S4：采用粉末等离子弧增材制造装备对干燥后的高熵合金粉末进行逐层沉积，所述粉末等离子弧增材制造装备的扫描速率为400mm/Min，沉积电流为110A，送粉转速为35r/Min，离子气流量为3L/Min，保护气流量为9L/Min，送粉气流量为4L/Min，气体类型均为氩气，以逐层堆积的方式沉积制作高熵合金；

S5：所述高熵合金的沉积层之间沉积间隔不少于两分钟，所述沉积层每层堆积完毕后在间隔时间内，采用角磨机去除金属表面因保护气不充分造成的氧化皮累积。

优选的，粉末等离子弧增材制造过程中，Co，Cr，Fe，Ni，Ta，Nb各组分纯度均在99.95%以上，粒度均在150～300目之间。