[发明专利]一种高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu轻质高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高硬度Al‑Cr‑Ti‑V‑Cu轻质高熵合金及其制备方法，属于金属材料和制备的领域。所述的高熵合金主要各组分按原子以下百分比构成为：Al 20～25％，Cr 20～25％，Ti 20～25％，V 20～25％，Cu 0～20％，其中Cu的含量不为0。所述合金的相结构主要表现为由单相的结构逐渐转变为多相结构，主要是从单一的BCC相结构，逐渐转变为BCC+FCC相和少量HCP相的结构，最后转变为FCC+HCP相的结构。并表现出了高的硬度650HV以上以及好的热稳定性。本发明还提供了所述Al‑Cr‑Ti‑V‑Cu高熵合金的制备方法，采用真空电弧熔炼并直接浇铸得到合金铸锭；制备过程无污染、低能耗、成本低。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu轻质高熵合金及其制备方法。

背景技术

传统合金主要包含一种主元，且在这种主元中添加少量的其它元素所构成的合金。这种设计理念限制了合金性能。因此为打破这种限制，叶均蔚教授等研究并提出了一种新型的合金概念。即由五种及五种以上元素组成，且每种元素的原子百分比在5％～35％之间的合金，并将其命名为高熵合金。高熵合金表现出了优异的性能，如高强度、高硬度、良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能等。可以应用于高速切削刀具、涡轮叶片、耐磨涂层等方面。但是为了进一步满足能源交通领域、航空航天领域的要求。对传统的高熵合金进行了轻量化的处理制备出了轻质高熵合金。

轻质高熵合金在兼具传统高熵合金的优异性能的同时，还具有密度低的优点。有望替代传统的轻质合金作为轻质功能结构材料去使用。但是目前轻质高熵合金的性能上仍然还有着一些问题。如对轻质高熵合金的高温性能的研究还十分的少，有待进一步进行研究和提升。轻质高熵合金大多数表现为BCC相和多相的结构，所以其室温脆性大，限制了其进一步的应用。

发明内容

为进一步改善轻质高熵合金的力学性能，本发明提供了一种高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu轻质高熵合金及其制备方法。本发明的Al-Cr-Ti-V-Cu轻质高熵合金表现出了高的硬度和良好的热稳定性。

为了达到以上的目的，本发明通过以下的技术方案实现：

一种高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu轻质高熵合金的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：按原子百分比将组分中Al、Cr、Ti、V、Cu进行配料，Al 20～25％、Cr 20～25％、Ti 20～25％、V 20～25％、Cu 0～20％，其中Cu的含量不为0；各成分配比误差在±0.3％范围内；

步骤2：将配好的原料按照熔点高低依次放入氧化铝坩埚之中，熔点最低的放在底层，熔点最高的放在上层；

步骤3：将钛锭放入非自耗真空电弧熔炼炉中，在氩气气氛保护下先熔化钛锭，以除去炉膛内的氧气；之后再步骤2中的坩埚及原料放入非自耗真空电弧熔炼炉中，抽真空，在氩气气氛、及电磁搅拌作用下进行熔炼，熔炼完成后得到纽扣状合金铸锭；

步骤4：步骤3获得的合金铸锭按照步骤3所述的方式进行多次反复的熔炼，冷却之后得到高硬度Al-Cr-Ti-V-Cu轻质高熵合金。

进一步地，组分Al、Cr、Ti、V、Cu的原子百分比为：Al 20～25％、Cr 20～25％、Ti20～25％、V 20～25％、Cu 6～18％。

进一步地，配料前需清除原料表面的氧化皮及清洗，原料的纯度≥99.9wt％。

进一步地，步骤3中熔炼时抽真空至5×10-3Pa，然后充入氩气的纯度为99.99％，压强为0.06MPa，熔炼电流约为300～400A。

进一步地，步骤4中需至少反复熔炼5次以上。