本發(fā)明涉及高熵合金，具體涉及一種納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金及其制備方法。

背景技術：

1、共晶高熵合金同時具有傳統(tǒng)共晶合金和高熵合金的優(yōu)點，通常表現(xiàn)出優(yōu)秀的綜合性能，如高的抗氧化性、好的耐高溫蠕變性、優(yōu)異的鑄造流動性和均勻的組織結構，對于高熵合金的缺點有所改善。

2、cn?114686743a公布了一種co-cr-fe-ni-v-b-si共晶高熵合金，通式為coacrbfecnidvebfsig，其中10％≤a≤20％、10％≤b≤20％、10％≤c≤20％、30％≤d≤40％、10％≤e≤15％、5％≤f≤10％和1％≤g≤5％，且a+b+c+d+e+f+g＝100％，a、b、c、d、e、f和g分別為對應元素的摩爾百分比。此專利中，一方面，si元素以小于5％的含量添加，不能作為共晶高熵合金的主元，另一方面，co、cr、fe、ni作為主元摩爾比是co：cr：fe：ni＝1:1:1:1/2，且v:b:si摩爾比為6:3:1，都為固定比例，導致本專利中共晶高熵合金的si元素含量變化必須與v、b元素同步進行。

3、cn?114657438a公布了一種co-cr-fe-ni-ti-si共晶高熵合金，通式為coacrbfecnidtiesif，其中13％≤a≤20％、0％≤b≤20％、13％≤c≤20％、30％≤d≤40％、8％≤e≤12％和8％≤f≤17％，且a+b+c+d+e+f＝100％，a、b、c、d、e和f分別為對應元素的摩爾百分比。此專利中，co、cr、fe、ni作為主元摩爾比同樣是co：cr：fe：ni＝1:1:1:1/2，合金中可以不添加cr，但仍需保持主元含量為固定比例，且具體si含量為8％≤f≤17％。

4、在合金成分方面，現(xiàn)在的高熵合金成分設計基本上都是基于金屬元素，少有把非金屬元素作為主元進行設計的報道。上述兩個專利中，合金體系均添加si元素，但并不作為主元，而且仍有主元比例固定和si元素含量較少的局限性。在二元共晶合金的成分設計中，金屬和非金屬元素的結合已經(jīng)普遍得到研究和應用，如ni-si、al-si、fe-c等。無機非金屬質量較輕、成本較低，有利于降低合金整體密度和制造成本，并且其本身的特性也可以使得合金存在提高抗氧化性能的潛力。因此，設計非金屬元素si含量更高的共晶高熵合金是一個值得研究的方向。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明第一個目的是提供一種納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金，si元素的含量不低于15％。

2、本發(fā)明第二個目的是提供上述納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金的制備方法。

3、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

4、第一方面，本發(fā)明提供一種納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金，該共晶高熵合金的通式為niacobfecsidme，m為微量元素，其中，a≥15％，b≥15％，0％≤c≤20％，15％≤d≤25％，e≥0％，且a+b+c+d+e＝100％，a、b、c、d、e分別為對應元素的摩爾百分比；

5、其中，所述m為al、mn、nb、mo、ta、la、ce、sm中的一種或幾種。

6、本發(fā)明中，ni-co-fe-si系共晶高熵合金通式為niacobfecsidme。在合金體系的成分上，本合金體系遵循著等摩爾比和si元素作為主元的原則所設計，fe與co、ni元素的比例并不固定，fe含量可在0％～20％范圍內變化，合金組織都為一致的特殊板片層片狀。此外，本合金體系中si含量為15％≤si≤25％，比現(xiàn)有技術(cn?114686743a、cn?114657438a)中的si含量都要高。在合金的微觀組織上，本合金在具有特殊的板片層片狀組織的基礎上，還具有特殊的納米級共析層片狀組織。在元素種類上，本合金體系中不僅含有過渡族金屬元素和非金屬元素，還添加了稀土元素以改善合金組織結構，提高力學和抗氧化等性能。

7、第二方面，本發(fā)明提供一種納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金的制備方法，包括以下步驟：

8、(1)采用物理法或化學法除去合金原料表面氧化皮，并使用乙醇超聲波清洗合金原料；

9、(2)按照共晶高熵合金niacobfecsidme的各組分摩爾比，將合金原料依次放入懸浮熔煉爐中的石英試管；

10、(3)將懸浮熔煉爐抽真空后，在懸浮熔煉爐中充入惰性氣體；

11、(4)熔煉得到具有層片組織的共晶高熵合金。

12、步驟(1)中，所述物理法為砂紙打磨、噴砂、激光清除的一種或多種，所述化學法為浸漬酸洗或浸漬堿洗，使用乙醇超聲波清洗合金原料15～20min。

13、步驟(1)中，所述合金原料的純度為99.5％～100％。

14、步驟(3)中，待懸浮熔煉爐抽取真空度至6×10-3pa～5×10-3pa后充入惰性氣體，并使爐內氣壓達到0.05～0.06mpa。

15、通過調節(jié)主組元素ni、co、fe、si的比例，主要調節(jié)非金屬元素si的比例，得到共晶形貌高熵合金。

16、通過調節(jié)微量元素的含量，增強合金組織性能。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

18、1.本發(fā)明提供的高熵合金為共晶成分，具有特殊的板片層片狀形貌，且具有特殊的納米級共析層片狀組織，其微觀結構由(fe,co,ni)面心立方fcc固溶體和(fe,co,ni)31si12類型的金屬間化合物組成，組織結構均勻；

19、2.本發(fā)明提供的高熵合金由于si元素含量高，降低了合金整體密度和制造成本，使得抗氧化性能提高，同時熔點低、流動性好，鑄造性能優(yōu)異，可在低真空和惰性保護氣氛下直接熔煉，制備方法簡單易操作，可實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應用。

技術特征：

1.一種納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金，其特征在于，該共晶高熵合金的通式為niacobfecsidme，m為微量元素，所述m為al、mn、nb、mo、ta、la、ce、sm中的一種或幾種；其中，a≥15％，b≥15％，0％≤c≤20％，15％≤d≤25％，e≥0％，且a+b+c+d+e＝100％，a、b、c、d、e分別為對應元素的摩爾百分比。

2.一種權利要求1所述的納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權利要求2所述的納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述物理法為砂紙打磨、噴砂、激光清除的一種或多種，所述化學法為浸漬酸洗或浸漬堿洗，使用乙醇超聲波清洗合金原料15～20min。

4.根據(jù)權利要求2所述的納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述合金原料的純度為99.5％～100％。

5.根據(jù)權利要求2所述的納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，待懸浮熔煉爐抽取真空度至6×10-3pa～5×10-3pa后充入惰性氣體，并使爐內氣壓達到0.05～0.06mpa。

技術總結
本發(fā)明公開了一種納米共析層片狀鑄造共晶高熵合金及其制備方法，該共晶高熵合金的通式為Ni<subgt;a</subgt;Co<subgt;b</subgt;Fe<subgt;c</subgt;Si<subgt;d</subgt;M<subgt;e</subgt;，M為微量元素，其中，a≥15％，b≥15％，0％≤c≤20％，15％≤d≤25％，e≥0％，且a+b+c+d+e＝100％，a、b、c、d、e分別為對應元素的摩爾百分比。本發(fā)明的共晶高熵合金采用懸浮感應熔煉法制備而成。該共晶高熵合金的微觀結構為特殊的板片層片狀形貌，且具有納米級共析層片狀組織，其微觀結構由(Fe,Co,Ni)面心立方FCC固溶體和(Fe,Co,Ni)<subgt;31</subgt;Si<subgt;12</subgt;類型的金屬間化合物組成。該共晶高熵合金片層間距小，具有優(yōu)異的鑄造流動性，Si元素的加入有利于降低合金整體密度和制造成本，同時有利于合金抗氧化性能的提高，在航空航天、機械工業(yè)等領域有廣闊的應用前景。

技術研發(fā)人員：陳正,趙永柱,張樂,劉宇龍,許泉,田野,蘇禮季,張平,張金勇
受保護的技術使用者：中國礦業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19