本發(fā)明屬于高熵合金，涉及一種難熔高熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的快速發(fā)展，對(duì)高溫材料的性能提出了更高的要求。然而，目前廣泛使用的鎳基高溫合金存在固有熔點(diǎn)(1300℃)的限制，因而難以滿足較高的使用要求。

2、近年來(lái)，高熵合金的概念被提出，高熵合金通常由四種以上元素等摩爾比或非等摩爾比組成。然而，現(xiàn)有多數(shù)難熔多主元合金(rheas、rmeas)均具有單一的bcc固溶相，而單相材料的強(qiáng)化能力有限，會(huì)導(dǎo)致高熵合金的應(yīng)用受限，而無(wú)法滿足高溫結(jié)構(gòu)材料的綜合性能要求。

3、因此，有必要提供一種難熔高熵合金及其制備方法，在減少合金塑性犧牲量的基礎(chǔ)上，提高合金強(qiáng)度，從而提升合金綜合性能，使合金能滿足更高的使用要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服背景技術(shù)中問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)制備得到bcc和laves雙相強(qiáng)化的難熔高熵合金，以在減少合金塑性犧牲量的基礎(chǔ)上，有效提升合金強(qiáng)度，使合金綜合力學(xué)性能得到提高。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明一方面提出了一種難熔高熵合金的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4、(1)預(yù)處理：去除金屬al、cr、ta和ti表面氧化層，并使用無(wú)水乙醇對(duì)金屬進(jìn)行超聲清洗，之后對(duì)金屬進(jìn)行烘干，再進(jìn)行酸洗，然后再使用清水對(duì)金屬進(jìn)行超聲清洗，最后使用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，烘干后得到潔凈金屬al、cr、ta、ti。

5、(2)真空電弧熔煉：按照難熔高熵合金元素摩爾比稱量al、cr、ta、ti，從下到上依次將al、cr、ta、ti放入水冷銅模坩堝內(nèi)，對(duì)al、cr、ta、ti進(jìn)行真空電弧熔煉，得到合金鑄錠。

6、作為優(yōu)選，所述原料中，al、cr、ta、ti純度均為99.99％。

7、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，使用400目砂紙去除金屬al、cr、ta和ti表面氧化層。

8、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，使用無(wú)水乙醇超聲清洗5-10min，之后在80℃下烘干1h。

9、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，使用氫氟酸進(jìn)行酸洗，清洗時(shí)間5-10min。

10、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，使用清水對(duì)金屬超聲清洗，每清洗5-10min后更換清水，重復(fù)清洗5次以上。

11、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，最后使用無(wú)水乙醇清洗5min，然后在80℃下烘干2h。

12、作為優(yōu)選，難熔高熵合金熔煉前，先用機(jī)械泵將熔煉環(huán)境抽真空至5pa，再使用分子泵將熔煉環(huán)境抽真空至2×10-3pa，并充入氬氣至0.04-0.05mpa，調(diào)整引弧電流至30-80a。

13、作為優(yōu)選，難熔高熵合金熔煉開始時(shí)，引弧電流為50～100a，ti全部熔化后，將電流增加至150-220a，對(duì)合金鑄錠進(jìn)行翻面熔煉五次以上，每次翻面后，熔煉時(shí)間不少于1min，最后一次翻面熔煉時(shí)，先在200a電流下保持熔煉5s，然后將電流減少至150a并保持熔煉5s，最后將電流減少至50a保持10s后，結(jié)束熔煉，待合金鑄錠冷卻10min后，取出合金鑄錠。

14、本發(fā)明另一方面提出了一種通過(guò)上述制備方法制備得到的難熔高熵合金，所述難熔高熵合金化學(xué)成分表達(dá)式為alxcrtati，元素摩爾比為al：cr：ta：ti＝0.25～1:1:1:1(即x＝0.25～1)。

15、本發(fā)明的有益效果：

16、1.本發(fā)明通過(guò)制備具有bcc和laves相的雙相結(jié)構(gòu)難熔高熵合金，laves相作為金屬間化合物最大的一類存在多種晶體結(jié)構(gòu)，包括六方c14、立方c15和六方c36，能夠提高合金的高溫力學(xué)性能，通過(guò)雙相結(jié)構(gòu)對(duì)合金進(jìn)行強(qiáng)化，提升合金綜合力學(xué)性能，合金最大硬度可以達(dá)到約760hv，室溫最大壓縮屈服強(qiáng)度可達(dá)到1714mpa，600℃時(shí)，最大屈服強(qiáng)度可達(dá)到1586mpa。

17、2.本發(fā)明可通過(guò)調(diào)控al含量進(jìn)而對(duì)laves相數(shù)量進(jìn)行調(diào)控，最終實(shí)現(xiàn)bcc相與laves相之間比例的控制，從而得到具備不同力學(xué)性能的難熔高熵合金，進(jìn)一步擴(kuò)展了合金的適用范圍。

18、3.本發(fā)明難熔高熵合金組成元素較少，通過(guò)較少種類元素，即可獲得綜合力學(xué)性能較好的難熔高熵合金，有利于降低合金綜合成本。

19、4.本發(fā)明在重復(fù)翻面熔煉過(guò)程中，最后一次翻面熔煉采用梯度減少電流的熔煉方式，通過(guò)梯度減少電流控制熔煉溫度，可以在鑄錠冷卻過(guò)程中提升合金鑄錠成分均勻性，并減少合金熔煉缺陷。

技術(shù)特征：

1.一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：所述原料中，al、cr、ta、ti純度均為99.99％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，使用400目砂紙去除金屬al、cr、ta和ti表面氧化層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，使用無(wú)水乙醇超聲清洗5-10min，之后在80℃下烘干1h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，使用氫氟酸進(jìn)行酸洗，清洗時(shí)間5-10min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，使用清水對(duì)金屬超聲清洗，每清洗5-10min后更換清水，重復(fù)清洗5次以上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，最后使用無(wú)水乙醇清洗5min，然后在80℃下烘干2h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：難熔高熵合金熔煉前，先用機(jī)械泵將熔煉環(huán)境抽真空至5pa，再使用分子泵將熔煉環(huán)境抽真空至2×10-3pa，并充入氬氣至0.04-0.05mpa，調(diào)整引弧電流至30-80a。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難熔高熵合金的制備方法，其特征在于：難熔高熵合金熔煉開始時(shí)，引弧電流為50～100a，ti全部熔化后，將電流增加至150-220a，對(duì)合金鑄錠進(jìn)行翻面熔煉五次以上，每次翻面后，熔煉時(shí)間不少于1min，最后一次翻面熔煉時(shí)，先在200a電流下保持熔煉5s，然后將電流減少至150a并保持熔煉5s，最后將電流減少至50a保持10s后，結(jié)束熔煉，待合金鑄錠冷卻10min后，取出合金鑄錠。

10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的難熔高熵合金的制備方法制備的難熔高熵合金，其特征在于：所述難熔高熵合金化學(xué)成分表達(dá)式為alxcrtati，元素摩爾比為al：cr：ta：ti＝0.25～1:1:1:1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種難熔高熵合金及其制備方法，屬于高熵合金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明制備方法包括(1)預(yù)處理：去除金屬Al、Cr、Ta和Ti表面氧化層，并使用無(wú)水乙醇對(duì)金屬進(jìn)行超聲清洗，之后對(duì)金屬進(jìn)行烘干，再進(jìn)行酸洗，然后再使用清水對(duì)金屬進(jìn)行超聲清洗，最后使用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，烘干后得到潔凈金屬Al、Cr、Ta、Ti；(2)真空電弧熔煉：按照難熔高熵合金元素摩爾比稱量Al、Cr、Ta、Ti，從下到上依次將Al、Cr、Ta、Ti放入水冷銅模坩堝內(nèi)，對(duì)Al、Cr、Ta、Ti進(jìn)行真空電弧熔煉，得到合金鑄錠；通過(guò)制備方法制備得到Al<subgt;x</subgt;CrTaTi難熔高熵合金，在減少元素組成的基礎(chǔ)上，獲得Laves相可控并且綜合力學(xué)性能較好的合金，提升難熔高熵合金使用性能，擴(kuò)展其適用場(chǎng)景。

技術(shù)研發(fā)人員：魏燕,肖祥興,文嘉棟,胡昌義,王獻(xiàn),蔡宏中,郭俊梅,陳力,陳登權(quán),張昆華,張貴學(xué),汪星強(qiáng),趙興東,王學(xué)航,張?jiān)傁?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南貴金屬實(shí)驗(yàn)室有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10