[发明专利]一种高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵合金，该高熵合金中的元素成分为非等原子比的Cr元素、Fe元素、Co元素、Ni元素和Ta元素。本发明还公开了一种高熵合金的制备方法：按照合金的元素的计量比称取Ta块、Co块、Cr块、Ni块和Fe块；再将称取的各原料置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成，即得到高熵合金。本发明的高熵合金在中高温下的压缩性能优良，且在室温下具备较好的塑性，是一种综合力学性能优良的合金，满足航天材料的应用。

技术领域

本发明属于高熵合金领域，尤其涉及一种高熵合金及其制备方法。

背景技术

近年来，高熵合金(HEA)得到了人们的广泛关注。然而以往的研究表明，具有体心立方晶体结构的高熵合金具有良好的强度，但是塑性较差；具有面心立方的高熵合金具有优异的延展性，但材料结构的强度不能满足人们的需求。FeCoCrNiMn基(FCC结构)和难熔高熵合金(BCC结构)为代表的是当前高熵合金体系中最常见的两种类型，由于FCC结构特有的滑移系较多导致其塑性较好但强度较低，相反的，BCC结构的材料塑性较低但是强度较高。

航天材料中需要研究一种高温承载结构材料，对于在高温应用的材料，高温软化现象普遍存在，提高材料高温性能的重要方法之一就是提高材料的熔点，即采用组分熔点都较高形成难熔高熵合金。难熔高熵合金与常规高温合金相比，具有更好的耐高温软化性，然而，难熔高熵合金系统的高密度(＞10g/cm³)、低室温延展性等缺点限制了它们的结构应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高熵合金及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高熵合金，该高熵合金中的元素成分为非等原子比的Cr元素、Fe元素、Co元素、Ni元素和Ta元素。

上述的高熵合金，优选的，所述Cr元素和Fe元素的摩尔量相同，所述Co元素和Ni元素的摩尔量相同。

上述的高熵合金，优选的，Cr元素的原子百分含量为18.5％-19.5％，Fe元素的原子百分含量为18.5％-19.5％，Co元素的原子百分含量为24.5％-25.5％，Ta元素的原子百分含量为8％-12％。

本发明选择FeCoCrNi基高熵合金作为基体，这提供了良好的塑性，并通过加入Ta形成共晶组织，形成一种双相合金，提高了材料的高温强度。两相中一相增强一相增韧，既解决了现有技术中难熔高熵合金塑性不好，又解决了FCC高熵合金高温强度不足。

在此基础上，本发明还调整了高熵合金中各元素的比例，将Co,Ni比例提高，Fe,Cr比例降低，选择了非等摩尔比的形式添加，提高了材料的高温性能。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照Cr元素的原子百分含量为18.5％-19.5％，Fe元素的原子百分含量为18.5％-19.5％，Co元素的原子百分含量为24.5％-25.5％，Ta元素的原子百分含量为8％-12％，称取Ta块、Co块、Cr块、Ni块和Fe块；

(2)将步骤(1)称取的各原料置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成，即得到所述高熵合金。

本发明的共晶组织的高熵合金，在冷却过程中，形成共晶组织的过固溶度较大，过冷度较大，共晶组织在极短的时间内形成，得到的组织均匀细小。

上述的制备方法，优选的，熔炼过程之前，将电弧熔炼炉中的压力真空抽至10^-3Pa后使用Ti锭进一步吸收氧气。

上述的制备方法，优选的，每个样品熔炼的次数至少为5次，每次熔炼的时间不少于5分钟。

与现有技术相比，本发明的优点在于：