[发明专利]一种基于高熵硼化物析出强化钢及其制备方法

权利要求书

1.一种基于高熵硼化物析出强化钢的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，基于目前开放的Materials Project、OQMD、SprInger Materials、ICSD 和NIST数据库以及相关文献渠道获取多种硼化物的材料结构，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，使用Materials studio或者VASP软件优化并计算其混合焓，找出在TiB₂中混合焓为负的硼化物；

步骤2，使用Thermo-Calc软件对不同合金元素等摩尔比的复合材料进行热力学模拟，选择一种在熔化过程中析出18-20vol%硼化物颗粒的钢成分，模拟结果用于下一步制备样品；

步骤3，根据热力学模拟结果，选择一种成分来创建样品，计算所需各种样品的重量，使用精度万分之一的天平进行称量，并使用干燥箱干燥，高能球磨机球磨；

步骤4，使用氩气或氮气为保护气的真空感应熔炼炉进行熔炼并铸造，并进行热处理；

步骤5，对铸造后的样品进行切片处理并使用仪器进行表征分析。

2. 根据权利要求1所述的基于高熵硼化物析出强化钢的制备方法，其特征在于，步骤1包括：选取多种元素的硼化物的结构，使用密度泛函理论的第一性原理计算方法，采用Materials studio或者VASP软件进行计算，截断能设置为300eV，结构的能量收敛标准为10^-6eV，力的收敛标准设置为每个原子低于10^-3eV/Å，自洽循环次数设置为100。

3.根据权利要求2所述的基于高熵硼化物析出强化钢的制备方法，其特征在于：步骤2包括：通过Thermo-Calc的铁基数据库或钢数据库，为每一个相选择合适的热力学模型，研究多相热力学模型相边界、相组成与相分数，定义过共晶Fe-9.6wt.%(Ti,M)-4.0wt.%B成分。

4.根据权利要求1所述的基于高熵硼化物析出强化钢的制备方法，其特征在于，步骤3中：

通过热力学模型的结果，选择（Ti_0.167,Zr_0.167,Nb_0.167,Hf_0.167,Mo_0.167,Ta_0.167）B₂作为研究对象，其在强化钢中的含量为20%vol，计算出每一相的标称成分，按质量百分比计，分别为Ti_0.67Zr_1.27Nb_1.3Ta_2.52Hf_2.49Mo_1.33B₄Fe_86.4；

熔化所用的原料是纯度99.9wt%及以上的硼颗粒，纯度99.7wt%及以上的Ti箔，纯度99.92wt%及以上的Zr箔、纯度99.8wt%及以上的Nb箔、纯度99.95wt%及以上的Ta丝，纯度99.99wt%及以上的铪铁，含铪50%及以上；纯度99.99wt%及以上的钼铁，含钼50%及以上；纯度99.999wt%及以上的石墨棒和纯度99.95wt%及以上的铁薄片；

干燥箱设置温度为50-80℃，干燥时间2-4h；

球磨转速为800r/min，时间为4-8h。

5.根据权利要求4所述的基于高熵硼化物析出强化钢的制备方法，其特征在于，所用Ti过量1-1.5g。

6.根据权利要求1所述的基于高熵硼化物析出强化钢的制备方法，其特征在于：步骤4包括：

步骤4.1，将样品放在石墨坩埚中；

步骤4.2，使用真空感应熔炼炉进行熔炼，真空条件下冶炼，真空度达到10^-3Pa后对真空腔室充入氩气或氮气保护气；

步骤4.3，在升温熔炼过程中同步进行混匀，熔炼温度为1500-1700℃；

步骤4.4，全部熔化时，停止熔炼，冷却后取出样品；

步骤4.5，真空封管，然后将样品放进马弗炉，温度设置为900-1200℃，保温24-72h，然后随炉冷却至室温并取出样品。