密排六方結(jié)構(gòu)的稀土高熵合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于稀土合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，是通過采用高真空非自耗電弧熔 煉爐熔煉稀土金屬制備具有密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 高熵合金由于其高強度、高硬度、高耐磨性、較好的熱穩(wěn)定性以及較強的抗氧化和 抗腐蝕能力等特性引起了材料科學工作者的廣泛關(guān)注，在工程應用方面顯示了極大的潛 力。高熵合金是由五種或以上元素按照等原子比或近似等原子比的原則形成的一類多主元 合金，由于組元間較高的混合熵而傾向于形成無序排列的固溶體，其中最具代表性的是中 國臺灣清華大學葉均蔚教授等發(fā)現(xiàn)的以C 0CrCuFeNi為代表的面心立方結(jié)構(gòu)的固溶體合金 和北京科技大學張勇教授等發(fā)現(xiàn)的以AlCoCrFeNi為代表的體心立方結(jié)構(gòu)的固溶體合金。 目前研宄的高熵合金都是體心立方結(jié)構(gòu)或面心立方結(jié)構(gòu)或者是二者的混合結(jié)構(gòu)，很少有報 道關(guān)于密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金。為了彌補這一空缺，研宄人員嘗試制備具有密排六方結(jié) 構(gòu)的高熵合金。
[0003] 根據(jù)玻爾茲曼理論，η種金屬組成的合金體系的混合熵可用以下公式計算：
[0004] S = kin ω
[0005] 式中，k為波爾茲曼常數(shù)，ω為熱力學幾率。當合金以等原子比混合時體系的混 合熵達到最大。對于五元合金系而言，其混合熵為I. 61R。理查德規(guī)則認為大多數(shù)金屬熔化 時的熵值變化近視等于R，因此五種金屬混合形成合金時其混合熵大于熔化熵，合金更容易 形成固溶體。多種金屬混合能否形成固溶體合金，香港城市大學的郭晟認為與合金系的混 合熵Λ Smix、混合焓Λ Hmix及原子半徑差δ有關(guān)，其中
[0009] 式中，R是氣體常數(shù)，
，Ci是元素的原子百分比。當 0彡δ彡8.5，-22彡八!^!￡彡71^/111〇1，11彡八31^彡19.51/〇(.111〇1)時，合金中就只有 固溶體相。這一結(jié)構(gòu)類型高熵合金成為繼面心立方結(jié)構(gòu)高熵合金和體心立方結(jié)構(gòu)高熵合金 之后又一重大發(fā)現(xiàn)，對于高熵合金的研宄開發(fā)和工業(yè)應用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對以往高熵合金只具有面心立方結(jié)構(gòu)和體心立方結(jié)構(gòu)這一問題，本發(fā)明旨在制 備出具有新的結(jié)構(gòu)類型的高熵合金一一密排六方結(jié)構(gòu)。
[0011] -種密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其成分是1^!￡6(1!￡!1〇 !^!^6!￡或La LaxGdxHo xErxCex，其中X為原子數(shù)百分比且X = 20。
[0012] 所述的密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，通過采用高真空非自耗電弧熔煉爐熔煉而成。
[0013] 所述的密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其制備步驟是：
[0014] (1)按照原子數(shù)百分比 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Ce :20%，或 La : 20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Tb :20%，或 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Er :20%，Ce : 20 %作為原料；
[0015] (2)用高真空非自耗電弧熔煉爐在99. 999%的高純氬氣保護下將原料熔煉4~5 次制成母合金鑄錠。
[0016] 所述的密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其檢測步驟是：
[0017] (1)用金相鑲樣機將母合金鑄錠鑲成尺寸為20mmX IOmm的試樣；
[0018] (2)依次用 100#、240#、400#、600#、800#、1000#和 1200#金相砂紙磨平試樣表面， 然后對試樣進行拋光；
[0019] (3)用X射線衍射儀對試樣進行X射線衍射譜線掃描，掃描角度范圍為20°~ 80°，掃描速度為3° /min。
[0020] 本發(fā)明在高熵合金領(lǐng)域首次提出具有密排六方結(jié)構(gòu)，打破了以往高熵合金只具有 面心立方結(jié)構(gòu)和體心立方結(jié)構(gòu)這一慣例，對于今后高熵合金的開發(fā)具有重要的指導和借鑒 意義，從而能夠進一步擴大高熵合金在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應用范圍。
【附圖說明】
[0021] 圖1是合金Y2QLa2QCe2(lGd 2(lH〇2(l鑄錠的X射線衍射圖；
[0022] 圖2是合金La2ciCe2ciGd2ciH 02ciEr2ci鑄錠的X射線衍射圖；
[0023] 圖3是合金Y2ciLa2ciGd2ciTb 2ciH02ci鑄錠的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0024] 實施例一：本發(fā)明采用高真空非自耗電弧熔煉爐制備具有密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合 金，其制備步驟包括：
[0025] 1、選用純度高于99. 9%的Y、La、Ce、GcU Tb、Ho和Er作為原料，按照原子數(shù)百分 比 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Ce :20%，進行配比；
[0026] 2、用高真空非自耗電弧熔煉爐，并在99. 999%的高純氬氣保護下將原料熔煉成母 合金鑄錠，熔煉時將原料反復翻轉(zhuǎn)進行4~5次熔煉以提高成分的均勻性；
[0027] 3、用金相鑲樣機將母合金鑄錠鑲成尺寸為20mmX IOmm的試樣；
[0028] 4、依次用100#、240#、400#、600#、800#、1000#和1200#金相砂紙磨平試樣表面，然 后對試樣進行拋光；
[0029] 5、用X射線衍射儀測量高熵合金的X射線衍射譜，掃描角度范圍為20°~80°， 掃描速度為3° /min。
[0030] 實施例二：本實施例的配料是 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Tb :20%，其 它與實施例一相同。
[0031] 實施例三：本實施例的配料是 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Er :20%，Ce :20% ;， 其它與實施例一相同。
[0032] 本發(fā)明采用高真空非自耗電弧熔煉爐制備了成分為Y2(lLa2(lC e2(lGd2(lH〇2(l、 La2ciCe2tlGd2ciH02ciEr 2ci和Y 2QLa2(lGd2Jb2(lH〇2(^三種高熵合金，并測量其X射線衍射譜。根據(jù)獲 得的衍射峰對照ASTM卡片確定所制備的三種高熵合金的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)。
[0033] 以上是有關(guān)本發(fā)明較佳實施例的說明。在此，需要說明的一點是，本發(fā)明并不局限 于以上實施例，在滿足權(quán)利要求書、發(fā)明詳細說明以及附圖等范圍要求的情況下，可以對本 發(fā)明進行各種變更實施，而這些均屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
[0034] 說明：本發(fā)明所述的高真空非自耗電弧熔煉爐與專利號是201210295303. 1中所 述的高真空非自耗電弧熔煉爐相同。
【主權(quán)項】
1. 一種密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其成分是LaxGdxHo xYx Cex或LaxGdxHoxYx Tbj^ LaxGdxHox Er x Ce x，其中X為原子數(shù)百分比x=20。2. 根據(jù)權(quán)利1所述的密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其特征在于：通過采用高真空非自耗 電弧熔煉爐熔煉而成。3. 根據(jù)權(quán)利1或2所述的密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其特征在于：其制備步驟是： (1) 按照原子數(shù)百分比 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Ce :20%，或 La :20%，Gd :20%， Ho :20%，Y :20%，Tb :20%，或 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Er :20%，Ce :20% 作為原料； (2) 用高真空非自耗電弧熔煉爐在99. 999%的高純氬氣保護下將原料熔煉4~5次制 成母合金鑄錠。4. 根據(jù)權(quán)利1或2或3所述的密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其特征在于：其檢測步驟是： (1) 用金相鑲樣機將母合金鑄錠鑲成尺寸為20mmX IOmm的試樣； (2) 依次用100#、240#、400#、600#、800#、1000#和1200#金相砂紙磨平試樣表面，然后 對試樣進行拋光； (3) 用X射線衍射儀對試樣進行X射線衍射譜線掃描，掃描角度范圍為20°~80°，掃 描速度為3°/min。
【專利摘要】一種密排六方結(jié)構(gòu)的高熵合金，其成分是LaxGdxHoxYx Ce x 或LaxGdxHoxYx Tb x或LaxGdxHox Er x Ce x，其中x為原子數(shù)百分比x=20。用高真空非自耗電弧熔煉爐在99.999%的高純氬氣保護下將原料熔煉4～5次制成母合金紐扣錠；用金相鑲樣機將三種鑄錠鑲成尺寸為20mm×10mm的試樣；依次用100#、240#、400#、600#、800#、1000#和1200#金相砂紙磨平試樣表面，然后對試樣進行拋光；用X射線衍射儀測量三種高熵合金的X射線衍射譜，掃描角度范圍為20o～80o，掃描速度為3o/min。根據(jù)獲得的衍射峰對照ASTM卡片確定所制備的三種高熵合金的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】C22C1/02, C22C28/00
【公開號】CN104946912
【申請?zhí)枴緾N201510411796
【發(fā)明人】喬珺威, 趙亞杰, 王永勝, 潘少鵬, 楊慧君, 高長華, 許并社
【申請人】太原理工大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月14日