[发明专利]一种共晶系高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种共晶系高熵合金，按照原子百分比为NiAl‑(Mo_xCr_xFe_x)_3x，13.3≤x≤16，其中，Ni、Al为等原子比；本发明还公开了该共晶系高熵合金的制备方法，具体为，按照原子比称取各原料，对原料表面进行去氧化皮预处理，置于电弧熔炼炉中进行熔炼得到共晶系高熵合金，本发明的共晶高熵合金同时具有较高的强度及较好的塑性，明显具有更好的力学性能。

技术领域

本发明属于共晶高熵合金技术领域，涉及一种共晶系高熵合金，本发明还涉及上述共晶系高熵合金的制备方法。

背景技术

金属间化合物是近些年高温结构材料的研究热点之一，如NiAl、Ni3Al、TiAl、FeAl等，尤其NiAl具有高熔点、低密度、高导热率、抗氧化性能优异等优点可作为理想的高温结构材料之一，但是其室温脆性和低的强度限制了其进一步应用。

以前有向NiAl中添加微量元素如Fe、Mo、Ga、Hf等，很难改善其脆性或强度，更多是向NiAl中添加一定含量的单一元素如Mo、Cr、Fe等形成共晶合金来改善NiAl的性能，如NiAl-Mo、NiAl-Cr、NiAl-Fe共晶合金，相应的断裂韧性得到明显改善，还有向NiAl中添加一定含量的Cr/Ta或Cr/Nb形成伪三元共晶，其断裂韧性也没有明显改善，或者单一添加一定含量的Ta、Nb后形成NiAl-Ta和NiAl-Nb共晶，相应的高温强度得到明显改善，但室温断裂韧性比较低。因此，对于金属间化合物NiAl，目前最大的难题是很难同时获得高的强度和韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种共晶系高熵合金，解决了现有技术中存在的NiAl金属间化合物不能同时具有较高韧性和强度的问题。

本发明的另一目的是提供上述共晶系高熵合金的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种共晶系高熵合金，按照原子百分比为NiAl-(Mo_xCr_xFe_x)_3x，13.3≤x≤16，其中，Ni、Al为等原子比。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种共晶系高熵合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按照NiAl-(Mo_xCr_xFe_x)_3x，13.3≤x≤16的原子百分比分别称取Ni块、Al棒、Cr片、Mo丝和Fe棒，其中Ni、Al为等原子比，并计算Al的补偿量；

步骤2、对步骤1称取的Ni块、Al棒、Mo丝和Fe棒的表面进行去氧化皮预处理；

步骤3、在电弧熔炼炉其中一个水冷铜坩埚内放置纯钛材料，然后将Ni块、Al棒、Cr片、Mo丝和Fe棒按照熔点由低至高从下往上依次放置于电弧熔炼炉中的另一个水冷铜坩埚中，进行熔炼操作得到共晶系高熵合金。

本发明另一技术方案的特点还在于：

步骤1中称取的Ni块纯度为99.9～99.96wt％，Al棒纯度为99.9～99.99wt％，Cr片的纯度为99.9～99.95wt％，Mo丝的纯度为99.9～99.95wt％，Fe棒的纯度为99.9～99.95wt％；Al的质量补偿为0.5～2wt％。

步骤2具体为，量取体积比为1:1～1.5的HCl和水作为清洗液，将该清洗液倒入超声仪中，同时将Al棒和Fe棒置于该清洗液中进行清洗，清洗10～20min；量取体积比为1:1:1～1.5的HCl、HNO3和水作为清洗液，将该清洗液倒入另一超声仪中，同时将Ni块和Mo丝置于该清洗液中进行清洗，清洗5～15min；超声清洗结束后，分别再用酒精进行清洗。

步骤3中熔炼具体按照以下步骤实施：