[发明专利]一种六元或六元以上共晶高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种六元或六元以上共晶高熵合金及其制备方法，该所述的共晶高熵合金原子成分为Co、Cr、Fe、Ni、Nb、Ta、Mo和W，其中Co：Cr：Fe：Ni：Nb：Ta：Mo：W的原子百分比分别为21%~25%：21 %~25%：21%~25%：21%~25%：0~14%：0~15%：0~16%：0~13%。制备工艺如下：选用纯度高于99.95wt%的Co、Cr、Ni和Fe四种元素作为基体，Nb、Ta、Mo和W四种元素中的两种及两种以上的元素组合作为合金元素进行配料，利用非自耗真空电弧熔炼炉制备该高熵合金。本发明所述高熵合金片层细小、组织均匀，表现出优异的综合力学性能。所述共晶高熵合金的具有良好的强塑性匹配，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，提供一种六元或六元以上的共晶高熵合金及其制备方法。

背景技术

近年来，高熵合金（HEA）得到人们的广泛关注，此类合金的主元素和构型熵远高于传统合金，高熵合金作为21世纪提出的新材料，突破了过去传统合金基元的限制。高熵合金一般由五种或五种以上的金属或非金属通过等原子比或非等原子比的方式组合而成，现今高熵合金的发展也扩展到四种或四种以上的金属或非金属元素。与传统合金相比，高熵合金具有四大效应: 高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应。这四种效应使高熵合金具备许多优异的性能，如高强度硬度，良好的耐磨、耐腐蚀性能等。其中晶格畸变效应使得多主元高熵合金具有较高的硬度和良好的导电、导热性能，而迟缓扩散效应一般能够提高合金的热稳定性。此外，学者利用鸡尾酒效应改变合金的成分，设计出一些特定性能极为优越的高熵合金。

卢一平教授在 2014 年提出了共晶高熵合金的概念，并成功制备出兼具有FCC和B2相的高强度和高韧性的铸态共晶高熵合金 AlCoCrFeNi_2.1。作为高熵合金领域中的一种全新概念，共晶高熵合金向世人展现了比普通合金更为优异的性能，但是目前共晶高熵合金的设计与制备仍未形成较为成熟的体系，还需要在研究工作中慢慢探索与完善。

自共晶高熵合金的概念提出以来，共晶高熵合金的体系被研究者们不断地研究和发展，作为目前熟悉的体系之一，CoCrFeNi系高熵合金为单一的FCC结构，FCC固相有着非常良好的塑韧性，但强度低。为改善其性能，通过引入能产生硬质强化相Laves相的Nb、Ta、Mo和W等难熔性金属，起到固溶强化和第二相强化的作用，改善性能。目前的共晶高熵合金的组元数大多为六元以下，而更多的组元可以进一步发挥高熵合金的鸡尾酒效应。

发明内容

针对现有高熵合金强塑性匹配差问题，本发明提供一种六元或六元以上的共晶高熵合金及其制备方法。该高熵合金表现出优异的机械性能。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

 一种六元或六元以上共晶高熵合金，其原料组分按原子摩尔百分比如下：Co：21%~25%、Cr：21%~25%、Fe：21%~25%、Ni：21.75%~22.5%、Nb：0 ~14%、Ta：0 ~16%、Mo：0~16%、W：0~13%，其中，Nb、Ta、Mo或W中至少有两个不同时为0。

为避免熔炼过程出现有害杂质等影响合金性能，金属原料纯度均高于99.95wt.%

选用Co、Cr、Fe、Ni作为基体元素并且以等原子比设计时，选用Nb、Ta、Mo或W中的一种作为共晶的主元素，加入其它元素的一种或一种以上并调整其成分，得到六元或六元以上共晶高熵合金。

所述的原料组分按原子摩尔百分比如下：Co：21.75%、Cr：21.75%、Fe：21.75%、Ni：21.75%、Nb：8%、Mo：5%。

所述的原料组分按原子摩尔百分比如下：Co：22.5%、Cr：22.5%、Fe：22.5%、Ni：22.5%、Nb：6%、Ta：4%。

所述的原料组分按原子摩尔百分比如下：Co：22%、Cr：22%、Fe：22%、Ni：22%、Nb：5%、Ta：4%、Mo：3%。