[发明专利]一种高热稳定的高熵非晶合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种高热稳定的高熵非晶合金及其制备方法，合金的成分式为：Fe_aCo_bMo_cTa_dW_eB_fM_g，其中M指Si、P和C中的至少一种，a、b、c、d、e、f、g分别表示各组成元素的原子百分比含量，满足：25≤a≤35，25≤b≤35，0≤c≤10，0≤d≤10，0≤e≤7.5，5≤f≤17.5，7.5≤g≤20，10≤c+d+e≤15，5≤d+e≤10，20≤f+g≤25，且a+b+c+d+e+f+g＝100；合金的玻璃化转变温度为565～665℃，初始结晶化温度为602～704℃，过冷液相区间为28～56℃；合金的维氏显微硬度为743～930。本发明提供的高熵非晶合金玻璃化转变温度和初始结晶化温度均高于现有技术中的高熵非晶合金体系，在高温领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体而言，尤其涉及一种高热稳定的高熵非晶合金及其制备方法。

背景技术

随着石油化工、核电等领域的迅猛发展，对兼具高热稳定性、高强度和良好耐腐蚀性的高性能材料的需求日益迫切。非晶合金因其原子长程无序排列的结构特征而具有优异性能，特别是高强(硬)度和优异耐腐蚀性是非晶合金相比于晶态合金的独特优势。但非晶合金是一类亚稳材料，当温度升至其玻璃化转变温度以上时，静态强度急剧降低，当温度高于其初始结晶化温度时，会发生结晶而失去非晶态时的特性，这限制了非晶合金的适用温度。因此，研制具有高热稳定性，即高的玻璃化转变温度和初始结晶化温度、抗结晶化能力强，同时具有高的强(硬)度的非晶合金对于拓展非晶材料在高温领域的应用具有重要意义。

由(近)等原子比的五种及以上元素组成，且每种元素原子百分比介于5-35％之间的高熵合金是近年材料科学的研究热点。高熵合金独特的多主元成分特征和高熵效应决定了其具有高强度、高硬度、高断裂韧性等力学性能以及良好的高温热稳定性等特性。高熵非晶合金结合了非晶合金和高熵合金的优点，展示出较传统非晶合金更好的热稳定性和抗结晶化能力，以及较传统晶体合金更高的强(硬)度和更为优异的功能特性，如软磁性等。例如，Yang等[J.Appl.Phys.119(2016)245112]发现ZrTi(Hf)CuNiBe高熵非晶合金具有比同一体系内的传统Vitreloy 1非晶合金更高的玻璃化转变温度、初始结晶化温度和结晶化激活能，高熵非晶合金晶化相的形核和长大相比于Vitreloy 1合金要缓慢得多，因而具有很强的抗结晶化能力。

目前已报道的高熵非晶合金体系有Ca(Li,Mg)(Zn,Cu)SrYb、(Er,Gd)YAlCo、TiZr(Hf)CuNiBe、PdPtCuNiP、FeCoNi(P,C,B,Si)和FeNiCrMo(P,C,B)等，其中完全由金属元素组成的高熵非晶合金的玻璃化转变温度最高仅为410℃，初始结晶化温度不超过450℃，由金属-类金属组成的高熵非晶合金热稳定性有所提高，但其玻璃化转变温度不超过530℃，初始结晶化温度最高也仅在580℃左右。虽然高熵非晶合金的抗结晶化能力强于传统非晶合金，但若在温度远高于其初始结晶化温度的情况下，其结晶失效仍无法避免。可见，现有高熵非晶合金的适用温度仍不高，在高温(600℃)下应用仍受限。

发明内容

针对现有高熵非晶合金玻璃化转变温度和初始结晶化温度低、高温下应用受限的不足，本发明将高熵效应和难熔金属元素对合金热稳定性的提升作用相结合，提供了一种高热稳定性的高熵非晶合金及其制备方法，得到的合金具有高的玻璃化转变温度和高的初始结晶化温度，同时具有高的硬度。

本发明采用的技术手段如下：

一种高热稳定的高熵非晶合金，