[发明专利]一种中熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种中熵合金及其制备方法，所述的中熵合金包括如下原子：B、Cr、Fe和Ni；或C、Cr、Fe和Ni。本发明通过添加B或C固溶强化元素以间隙固溶强化机制使得所制备的中熵合金中力学性能大幅度提高，B或C等间隙固溶元素价格低廉，不需要添加昂贵的Co元素，制备的中熵合金的力学性能优异，进而提高了合金的性能，且本发明的制备方法简单，选用的基质元素均无毒且获取方便，安全性好，经济价值高。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种中熵合金及其制备方法。

背景技术

多主元合金指的是含有多种主要组成元素的合金，包括高熵合金和中熵合金。与传统的单主元合金相比，高熵和中熵多主元合金更容易形成简单的固溶体结构，并具有十分优异的力学、物理和化学性能，例如高的强度和硬度、高的耐腐蚀性、优异的耐磨性以及良好的磁性能等等。这些优异的性能使得高熵和中熵合金在航空、航天、航海、机械以及微电子等领域具有十分广阔的应用空间。

高熵合金简称HEA，其改变了传统合金以多个主要成分和元素混合的设计概念，以含量范围从5%到35%以及原子半径差低于15%为设计要求而使高熵合金表现出一系列特殊的固有特性，包括高混合熵、缓慢的原子扩散效应和较大的晶格畸变以及鸡尾酒效应等。其中，高混合熵显著降低了自由能，因此降低了原子凝固过程中的有序趋势并且抑制晶间化合物的产生。同时，与金属间化合物相比更容易形成固溶体而表现出更多的晶体结构稳定的化合物，促进单相晶体结构的形成。此外，由于缓慢的原子扩散速率，HEA表现出优异的机械性能，包括高强度、高硬度和耐高温软化性。多主元的设计理念决定了高熵合金体系种类繁多，目前已成功开发出400多种性能各异的高熵合金体系。统计结果显示，高熵合金中出现频率从高到低的七种元素依次为 Fe、Ni、Cr、Co、Al、Cu、Ti和Mn，其中，Co元素为战略稀缺素，价格昂贵，因此，开发出不含Co元素但仍能保持优异力学性能的合金体系，不仅可为低成本高熵合金体系的开发提供思路和研究基础，还可降低经济成本，大力推进高熵合金的应用进程。

目前，设计高熵合金的难点在于提高其强度的同时往往会使其延展性降低，因而很难作为结构材料而被广泛使用，因此，设计出高强度且具有优异延展性的高熵合金是一直研究的热点，其中，提高HRA的机械性能目前主要依赖于优化所添加的合金成分，通过固溶强化、细晶强化、析出强化等强化基质而使材料的性能有显著提升。固溶强化是通过点缺陷实现合金性能优化的强韧化方式，通过添加元素固溶于基体材料时产生的经过畸变应力场来阻碍位错运动，从而可有效提高材料的变形抗力。与传统合金相同，高熵合金的固溶强化也分为置换型和间隙型。置换固溶强化是高熵合金中常见的强韧化方法，但多主元成分特点导致高熵合金中没有传统的溶质和溶剂之分，即没有溶剂晶格，原子尺寸差和模量错配导致高熵合金晶体具有严重且连续的晶格畸变，因此变形过程中，位错与溶质原子的交互作用不会像在传统合金中那样显著，故而置换固溶强化对高熵合金的强化效果十分有限。

中熵合金作为介于传统合金及高熵合金之间的新型合金，在兼具传统合金和高熵合金部分优异性能的同时，也展现出独特的自身优势。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种中熵合金及其制备方法，本发明的中熵合金通过添加B或C固溶强化元素以间隙固溶强化机制使所制备的中熵合金中力学性能大幅度提升，进行扩大了中熵合金作为结构材料的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种中熵合金，所述的中熵合金包括如下原子：

B、Cr、Fe和Ni；

或C、Cr、Fe和Ni。

进一步的，所述的中熵合金的分子式为Bx(CrFeNi)100-x，其原子百分比为B 0-6%、Cr 30-35%、Fe 30-35%、Ni 30-35%；