專利名稱：Al_xCrFeNiCuVTi高熵合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域，具體是AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
一直以來，傳統(tǒng)合金的開發(fā)理念:根據(jù)某些主要性能的要求，再選擇一種主要元素，在合金化過程中通過添加一種或兩種其他元素來滿足一些次要性能的要求。如目前人類已開發(fā)使用的合金一共有30多種，多以Fe、Cu、Al、Mg、T1、N1、Co、Cr、Mn、Zr等元素為主，如以銅元素為主的銅合金；以鐵元素為主的鋼鐵材料；以招元素為主的招合金；以鎂元素為主的鎂合金；以鈦元素為主的鈦合金；超合金則有鐵基、鎳基、鈷基之分別，這些傳統(tǒng)合金系統(tǒng)均以單一主元素為主，隨著其它改性元素的添加而產(chǎn)生不同的合金。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略導(dǎo)致人們積累了很多一種或兩種元素的合金知識(shí)，但對(duì)包含多種元素并且以幾乎相同的摩爾比例合成的新型合金知之甚少，所以對(duì)于由多種元素合成的合金，無論是在理論上，還是在實(shí)際應(yīng)用中，這方面的研究很少。人們之所以很少關(guān)注多種主要組成元素的多組元合金是因?yàn)轭A(yù)料可能生成多 種金屬間化合物和一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)。而這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及金屬間化合物的硬脆相，不管是對(duì)于理論分析還是實(shí)際應(yīng)用都是很大的障礙。由于傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)理念禁錮了合金成分的自由度，從而限制了合金特殊的微結(jié)構(gòu)及性能的發(fā)展。為了打破傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)理念，1995年臺(tái)灣清華大學(xué)葉均蔚教授提出了新的合金設(shè)計(jì)理念:“多元高熵合金(Multielement High-Entropy Alloys) ”并開始研究,研究結(jié)果表明這種合金體系不但呈現(xiàn)出簡(jiǎn)單的微觀結(jié)構(gòu)，而且具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕以及抗氧化性等優(yōu)良的綜合性能，所以此類合金不但是一個(gè)可合成、可加工、可分析、可應(yīng)用的新的合金世界，也是充滿了無限的發(fā)展前景以及工業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较?。因此，開發(fā)AlxCrFeNiCuVTi系高熵合金具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有合金的不足，開發(fā)一種具有優(yōu)異綜合性能的高熵合金一AlxCrFeNiCuVTi系合金，促進(jìn)高熵合金應(yīng)用和發(fā)展，并使該合金滿足現(xiàn)代工業(yè)中人們對(duì)材料使用性能的要求。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采取以下技術(shù)方案:一種AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料，其成分為 AlxCrFeNiCuVTi,其中 Al、Cr、Fe、N1、Cu、V、Ti 的摩爾比為 x:1:1:1:1:1:1,X的取值范圍為0.5 1.5。冶煉高熵合金的原料為塊狀純凈度不低于99.99%的Al、Cr、Fe、N1、Cu、V、Ti，原料尺寸為0.5 1.2mm。所述的AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料的制備方法，包括以下步驟:(I)原料前處理，將合金原料置于燒杯中，倒入丙酮溶液，再放置于超音波震蕩器中清洗20 30分鐘，震蕩后再倒入乙醇重復(fù)相同的步驟一次，然后置于50°C烘箱中6小時(shí)，將原料的水分蒸發(fā)，以備熔煉使用；(2)配料，用感應(yīng)量為0.1mg的光電分析天平稱取原料，按摩爾比配制混合；(3)熔煉合金，先把混合好的原料放在WK-1I型非自耗真空電弧爐內(nèi)的水冷銅坩堝中，關(guān)閉爐門將電弧爐抽真空，當(dāng)爐體內(nèi)真空度達(dá)到3X10_3Pa后充入高純氬氣，重復(fù)清洗3 5次，再充入高純氬氣使?fàn)t體內(nèi)的氣壓保持在0.8 0.9個(gè)氣壓，保護(hù)試樣不受氧化，熔煉合金起弧電流為30 40A，穩(wěn)定后電流為90A，合金每熔煉一次用時(shí)10s，反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉5次，熔煉完成后，得到AlxCrFeNiCuVTi高熵合金；(4)熱處理，將樣品封進(jìn)抽真空后充入適量氬氣保護(hù)的石英管中，在溫度為600°C 1000°C下保溫12小時(shí)，而后隨爐冷卻，以消除其在熔煉狀態(tài)下的殘余熱應(yīng)力。所熱處理是先用差示掃描量熱法DSC對(duì)合金進(jìn)行熱分析，得到合金的相轉(zhuǎn)變溫度為700°C 950°C，然后根據(jù)合金的相轉(zhuǎn)變溫度得到相應(yīng)的退火溫度600°C 1000°C。本發(fā)明的有益效果:通過加入Al得到AlxCrFeNiCuVTi系高熵合金，高熵合金多組元等原子比合金所固有的高混合熵特性降低了合金的自由能從而降低其有序化的可能性，提高了合金的高溫穩(wěn)定性；大半徑的Al原子使合金fee晶格膨脹，內(nèi)應(yīng)力增加，進(jìn)而增加固溶強(qiáng)化，同時(shí)合金在熱處理時(shí)析出第二相，起到析出強(qiáng)化的作用，合金表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性及高溫硬度。為了更了解AlxCrFeNiCuVTi系列合金的具體情況，對(duì)該系列合金進(jìn)行退火處理，以了解該系列合金在不同的退火溫度下組織結(jié)構(gòu)以及性能的變化，以研究該系列高熵合金在高溫下的應(yīng)用價(jià)值，通過測(cè)試合金不同溫度熱處理下的高熵合金微觀組織和力學(xué)性能來證明本發(fā)明所保護(hù)的合金材料優(yōu)異的性能。AlxCrFeNiCuVTi系高熵合金與傳統(tǒng)的結(jié)晶合金相比，具有很高的硬度、強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕性以及加工 硬化能力。
四

圖1 為 AlxCrFeNiCuVTi (x=0, 0.5，I, 1.5)合金的 X 射線衍射圖譜。圖2為AlxCrFeNiCuVTi (x=0, 0.5，I, 1.5)合金系的掃描電鏡二次電子照片。圖3為Ala5CrFeNiCuVTi的共晶組織圖。圖4為Al。.5CrFeNiCuVTi的共晶組織的EDS分析圖。圖5為不同退火溫度時(shí)的Ala5CrFeNiCuVTi組織結(jié)構(gòu)圖。
五、具體實(shí)施例以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。不同Al含量的AlxCrFeNiCuVTi系(x=0，0.5,1,1.5)高熵合金材料的制備方法，包括以下步驟:1、原料前處理，購買好純凈的Al、Cr、Fe、N1、Cu、V、Ti原材料，所述原材料為純凈度不低于99.99%。將各種合金原料置于燒杯中，倒入丙酮溶液，再放置于超音波震蕩器中清洗約20 30分鐘，以除去其表面附著的油污及雜質(zhì)，震蕩后再倒入乙醇重復(fù)相同的步驟一次，完成后置于50°C烘箱中6小時(shí)，將原料的水分蒸發(fā)，以備熔煉使用；2、配料，每種合金按表I的配比配好，稱取原料在感應(yīng)量為0.1mg的光電分析天平上進(jìn)行；表I合金原料配比
權(quán)利要求
1.一種AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金成分為AlxCrFeNiCuVTi,其中 Al,Cr,Fe,Ni,Cu,V,Ti 的摩爾比為 x: 1: 1: 1: 1: 1: 1，x 的取值范圍為0.5 1.5o
2.如權(quán)利要求1所述的AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料，其特征在于:所述高熵合金冶煉的原料為塊狀純凈度不低于99.99%的Al、Cr、Fe、N1、Cu、V、Ti，原料尺寸為0.5 1.2mm。
3.權(quán)利要求1-2所述的AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)原料前處理，將合金原料置于燒杯中，倒入丙酮溶液，再放置于超音波震蕩器中清洗20 30分鐘，震蕩后再倒入乙醇重復(fù)相同的步驟一次，然后置于50°C烘箱中6小時(shí)，將原料的水分蒸發(fā)，以備熔煉使用， (2)配料，用感應(yīng)量為0.1mg的光電分析天平稱取原料，按摩爾比配制混合； (3)熔煉合金，先把混合好的原料放在WK-1I型非自耗真空電弧爐內(nèi)的水冷銅坩堝中，關(guān)閉爐門將電弧爐抽真空，當(dāng)爐體內(nèi)真空度達(dá)到3X10_3Pa后充入高純氬氣，重復(fù)清洗3 5次，再充入高純氬氣使?fàn)t體內(nèi)的氣壓保持在0.8 0.9個(gè)氣壓，保護(hù)試樣不受氧化，最后打開熔煉直流電源開關(guān)進(jìn)行熔煉，熔煉合金起弧電流為30 40A，穩(wěn)定后電流為90A，合金每熔煉一次用時(shí)10s，反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉5次，熔煉完成后，得到AlxCrFeNiCuVTi高熵合金； (4)熱處理，將AlxCrFeNiCuVTi高熵合金封進(jìn)抽真空后充入適量氬氣保護(hù)的石英管中，在溫度為600°C 1000°C下保溫12小時(shí)，而后隨爐冷卻，以消除其在熔煉狀態(tài)下的殘余熱應(yīng)力。
4.如權(quán)利要求3所述的AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料的制備方法，其特征在于，所述高熵合金材料熱處理前，先用差示掃描量熱法DSC對(duì)合金進(jìn)行熱分析，得到合金的相轉(zhuǎn)變溫度為700°C 950°C， 然后根據(jù)合金的相轉(zhuǎn)變溫度得到相應(yīng)的退火溫度600°C 1000°C。
全文摘要
一種AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料及其制備方法，所述高熵合金成分為AlxCrFeNiCuVTi，x為摩爾比，x取值范圍為0.5～1.5。制備方法步驟為先將原材料置于丙酮、乙醇溶液中，用超音波震蕩器清洗20～30分鐘后置于50℃烘箱中烘干6小時(shí)，再將合金按摩爾比稱好放入水冷銅坩堝內(nèi)，當(dāng)爐體內(nèi)氣壓達(dá)到3×10-3Pa后充入高純氬氣清洗3～5次，再充入高純氬氣使?fàn)t腔保持0.8～0.9個(gè)大氣壓后通電，熔煉起弧電流為30～40A，穩(wěn)定后電流為90A，合金每熔煉一次用時(shí)10s，樣品需反復(fù)熔煉5次，待熔樣成分均勻冷卻后取出合金。與傳統(tǒng)的結(jié)晶合金相比，本發(fā)明的AlxCrFeNiCuVTi高熵合金材料具有更高的硬度、強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕性以及加工硬化能力。
文檔編號(hào)C22C1/02GK103194656SQ20131013784
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者鐘文華, 鄒鐵梅 申請(qǐng)人:梧州漓佳銅棒有限公司