[发明专利]一种超硬铸态NiAlCoFeNb双相高熵合金及其制备方法

说明书

本发明属于高熵合金制备领域，具体涉及一种超硬铸态NiAlCoFeNb双相高熵合金及其制备方法。包括以下步骤：(1)称取原料：按照一定原子比称取Ni、Al、Co、Fe、Nb高纯金属颗粒，酒精超声清洗，吹干真空保存；(2)电弧熔炼：将称取的原料按照熔点由低到高的顺序依次放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，在氩气条件保护下反复熔炼五遍，得到高熵合金铸锭。本发明使用真空电弧熔炼方式，将熔点相差较大的五种元素充分混合，制备出一系列具有体心立方相与密排六方相均匀分布的双相高熵合金，铸态情况下仍具有很高的硬度值。

技术领域

本发明属于高熵合金制备领域，具体涉及一种超硬铸态NiAlCoFeNb双相高熵合金及其制备方法。

背景技术

多组元高熵合金是一类备受研究者们广泛关注的复合成分合金，与传统合金中只有一个或两个主元的设计理念不同，多组元高熵合金的主元数通常为四个及以上。由于高混合熵、严重的晶格畸变和缓慢的扩散效应的共同作用，通常形成单相的面心立方(FCC)、体心立方(BCC)、密排六方(HCP)结构或多相结构，而不形成金属间化合物或其它复杂有序相，这些合金表现出许多独特的物理性能，如高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨以及抗氧化等性能。这些都使得高熵合金成为有望突破材料性能瓶颈的新型材料。与此同时，设计合金以实现特定性能的新主题也逐渐出现。

硬度是衡量金属材料软硬程度的重要指标之一，高硬度能大幅度提升材料的耐磨性。经对现有技术的文献检索发现，仝永刚等人在专利CN 112831710 A《一种超硬耐磨高熵合金及其制备方法》中提到了使用Nb、Ta、Mo和W四种元素作为基础组元、Fe、Co、Cr等元素作为强化组元，利用晶格畸变提高固溶强化效果，电弧熔炼出更高硬度、更加耐磨的高熵合金材料。该技术的特点在于：(1)该材料采用真空电弧熔炼，方法简单便捷；(2)该材料的结构为单一B2相，结构较为稳定；(3)硬度达到1000-1200HV。但该技术也存在以下缺点：(1)与我们的原位生成超硬铸态NiAlCoFeNb双相高熵合金相比，此熔炼过程还需要二元合金化和最终合金化两个步骤，且原料烧损和能源损耗比较明显；(2)使用昂贵的稀有金属Ta和W，属于难熔合金，熔炼技术较高，成本较大。

进一步检索发现，兰丽娟等人在专利CN201810508772.4《内生型纳米颗粒增强高熵合金基复合材料的制备方法》中提到了使用Al、Ni、Fe、Cr、Cu、Ti、B粉末，通过球磨混合+挤压成块+微波熔炼的方式制备了增强体TiB₂体积分数为8％～12％的Al-Ni-Fe-Cr-Cu-Ti-B系高熵合金复合材料。纳米级TiB₂增强体复合高熵合金材料的硬度为465HV，相对于基体(143.9HV)有很大的提高。该技术的优点在于：(1)升温速率快，反应温度低，烧结进程较短；(2)颗粒为原位反应生成，界面干净平整，结合紧密；(3)硬度达到465HV。但该技术也会存在一定缺陷：(1)在微波烧结前需要高能能球磨来实现机械合金化，因此存在制备周期长、工艺复杂的情况；(2)球磨后的易氧化元素Al、Cu不可避免引入氧化物杂质，导致块体材料的致密度降低。

发明内容

针对现有高熵合金硬度提升技术难度高、实际增幅有限的问题，本发明提供一种超硬铸态NiAlCoFeNb双相高熵合金及其制备方法，通过真空电弧熔炼的方式来制备体心立方有序B2相与密排六方Laves相均匀分布的超硬铸态高熵合金。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种超硬铸态NiAlCoFeNb双相高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：按照原子比称取单质原材料；

步骤(2)：采用真空电弧熔炼，在高纯氩气保护下制备成体心立方相B2与密排六方相Laves均匀分布的双相高熵合金。

进一步的，步骤(1)按照如下原子比称取单质原材料：Ni20％、Al20％、Co20％、Fe20％、Nb20％。

进一步的，步骤(1)按照如下原子比称取单质原材料：Ni25％、Al25％、Co20％、Fe20％、Nb10％。