[发明专利]一种Al-Si-Mn-Fe-Ga高熵十次准晶的制备方法

说明书

一种Al‑Si‑Mn‑Fe‑Ga高熵十次准晶的制备方法。本发明采用十次准晶中结构块相似的设计思路，在Al₂₀Si₂₀Mn₂₀Fe₂₀Ga₂₀合金薄带中，制备出一种成分为Al₂₁Si₁₉Mn₂₁Fe₂₆Ga₁₃的高熵十次准晶。该十次准晶含5种元素，且成分接近等原子比，满足高熵合金基于成分的定义。从熵值上看，其构型熵为1.59R，大于高熵合金的熵判据1.5R，满足高熵合金基于熵值定义，所以该十次准晶是高熵十次准晶。本发明的优点在于利用不同十次准晶合金系结构块相似的特点，首次成功制备出多主元高熵十次准晶，填补了高熵合金相结构上的空白。我们还利用原子分辨率高角环状暗场扫描透射电子显微像，在原子级别揭示了该高熵十次准晶的结构特点。为之后的高熵准晶合金的成份设计提供了新的思路。

技术领域

本发明属于高熵合金和准晶技术领域，具体涉及一种制备Al-Si-Mn-Fe-Ga高熵十次准晶的方法

技术背景

Shechtman于1984年在淬火Al-Mn合金中发现了二十面体准晶。至今，已有大量的准晶被报道和证实。它们主要存在于二元和三元铝基合金中，其中铝的含量一般在60-75％。此外，在Mg基和Ga基合金中也存在准晶，大多准晶是以一种元素为主的合金相。

高熵合金(HEAs)于2004年由Yeh et al和Cantor首次独立报道。与传统的合金设计概念不同，HEAs是一种多主元合金，基于元素组成的定义是高熵合金由5个或5个以上的组元，且各组元之间的含量在5％到35％之间。基于熵定义时，一般认为ΔS_conf1.5R的为高熵合金。目前已发现的高熵合金的相结构有简单无序固溶体、简单有序固溶体、复杂有序固溶体、非晶，其中并未包含准晶这一结构。

高熵准晶这一概念并非本论文首次提出，之前日本学者A.Takeuchi等人，在热处理的非晶合金Ti_33.33Zr_33.33Hf_13.33Ni₂₀和Zr₃₀HF₃₀Ni₁₅Cu₁₀Ti₁₅中发现了二十面体准晶。但通过比较其各元素原子占比和构型熵(分别为1.42R和1.37R)，可以发现这两个二十面体准晶并不能满足高熵合金基于成分和熵值的两个定义，归于中熵准晶更为合适。除此之外也有一些其它学者在研究高熵准晶，但目前都还未有明显的成果。

作为高熵合金相结构拼图上的最后一块，制备出高熵准晶一直以来具有很大的吸引力。虽然已有学者在制备高熵准晶方面做过研究，但由于准晶结构的特殊性和复杂性，制备一种结构和组成复杂的高熵准晶是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的提供一种制备Al-Si-Mn-Fe-Ga高熵十次准晶(简写为DQC)的方法，该发明首次成功制备出高熵准晶，拓宽了高熵合金领域，填补了高熵合金相结构的空白。

本发明技术方案:

一种Al-Si-Mn-Fe-Ga高熵十次准晶，以等原子配比制备出铸态高熵合金，取铸态高熵合金进行甩带快速凝固，并在Al₂₀Si₂₀Mn₂₀Fe₂₀Ga₂₀合金薄带中，发现一种成分为Al₂₁Si₁₉Mn₂₁Fe₂₆Ga₁₃的高熵十次准晶，其中发现了沿十次轴方向的周期b＝1.23nm的十次准晶，其成分为Al₂₁Si₁₉Mn₂₁Fe₂₆Ga₁₃，属于高熵十次准晶。