[发明专利]一种FeCoNiSnx

说明书

本发明公开了一种FeCoNiSn_x中熵合金及其制备方法，其组成元素Fe、Co、Ni、Sn含量按照原子比计为1：1：1：x，当x＝0.2，0.4，0.6，0.8时为亚共晶中熵体系，x＝0.9和1时为共晶中熵体系，当x＝1.1时为过共晶中熵体系；亚共晶成分初生相为FCC相，过共晶成分初生相为Laves相，共晶合金微观组织由BCC相和Laves相组成。本发明的多主元合金体系中不含有Al、Ti、Zr等与石英试管钝化反应的元素，Fe、Co、Ni、Sn元素可以实现熔融玻璃过冷快速凝固，研究中熵合金的非平衡凝固行为。此外，本发明中随着Sn含量的增加，相变产生的双硬质BCC相和Laves相显著提高了合金的硬度和强度。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种FeCoNiSn_x中熵合金及其制备方法。

背景技术

传统合金主要是由一种元素构成，而多主元合金的发展颠覆了传统由一种或者两种主要元素构材合金的设计制备理念，由多种主要元素(每种元素含量介于5at.％-35at.％之间)相互作用融合而成。多主元合金的初始研究多集中于制备调控具有优异力学性能的单相合金，尤其是合金元素在其中的作用是非常活跃的一个领域。尽管大多数多主元合金的元素比例相等或近等，但其性能在该比例下并非最佳，现在还没有科学系统的多主元合金成分设计的有效理论支撑，多主元合金凝固过程中的组织形成及元素间的相互作用等科学问题也尚未得到很好的理解。

目前已有的多主元合金体系大多通过“炒菜法”进行尝试，而元素周期表上元素众多，大量的组合可能性让我们无法对所有可能的合金体系进行一一尝试。因此如何设计出性能优异的多主元合金成为科研工作者迫切想要解决的问题之一。

研究发现，多主元共晶合金的发展可以有效解决单相多主元合金无法兼具两相综合性能的制约，打破金属材料强度和塑性不可兼得的缺点，但目前，工业生产中大多数合金铸造过程均为非平衡凝固过程，已有的共晶中熵及高熵合金体系无法实现熔融玻璃过冷快速凝固，这限制了中熵及高熵合金体系的非平衡凝固过程以及微观组织结构的研究。

鉴于此，本发明提供一种可以实现熔融玻璃过冷快速凝固的合金体系，为研究中熵合金的非平衡凝固组织奠定基础。

发明内容

本发明的目的是设计一种含有共晶组织的FeCoNiSn_x中熵合金体系，x＝0.2-1.1，通过增加金属元素Sn的含量，中熵合金组织结构出现了从亚共晶到共晶再到过共晶的转变，同时可实现玻璃熔覆过冷快速凝固。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种FeCoNiSn_x中熵合金，其特殊之处在于：Fe、Co、Ni、Sn的原子比为1∶1∶1∶x，x＝0.2-1.1。

进一步地，x0.9时，合金体系为亚共晶中熵体系；其成分初生相为FCC 相。

进一步地，0.9≤x≤1时，合金体系为共晶中熵体系；其合金组织由 BCC和Laves相组成；且共晶合金组织为共晶海藻晶组织，规则共晶层片间距在600nm以下。

进一步地，x1时，合金体系为过共晶中熵体系；其成分初生相为Laves 相。

进一步地，所述FeCoNiSn_x中熵合金中Sn元素与Fe、Co、Ni各元素的混合焓分别为：11kJ/mol、0kJ/mol和-4kJ/mol。

上述FeCoNiSn_x中熵合金的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)配料

按需称取干净的纯金属Fe、Co、Ni以及Sn；

2)熔炼准备

将Sn置于熔炼炉坩埚底部，用Fe、Co、Ni进行覆盖，并去除炉腔内的氧气；