一种难熔高熵合金及其制备方法与流程

本发明属于高熵合金，涉及一种难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、随着航空发动机和燃气轮机的快速发展，对高温材料的性能提出了更高的要求。然而，目前广泛使用的镍基高温合金存在固有熔点(1300℃)的限制，因而难以满足较高的使用要求。

2、近年来，高熵合金的概念被提出，高熵合金通常由四种以上元素等摩尔比或非等摩尔比组成。然而，现有多数难熔多主元合金(rheas、rmeas)均具有单一的bcc固溶相，而单相材料的强化能力有限，会导致高熵合金的应用受限，而无法满足高温结构材料的综合性能要求。

3、因此，有必要提供一种难熔高熵合金及其制备方法，在减少合金塑性牺牲量的基础上，提高合金强度，从而提升合金综合性能，使合金能满足更高的使用要求。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中问题，本发明通过制备得到bcc和laves双相强化的难熔高熵合金，以在减少合金塑性牺牲量的基础上，有效提升合金强度，使合金综合力学性能得到提高。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

3、本发明一方面提出了一种难熔高熵合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、(1)预处理：去除金属al、cr、ta和ti表面氧化层，并使用无水乙醇对金属进行超声清洗，之后对金属进行烘干，再进行酸洗，然后再使用清水对金属进行超声清洗，最后使用无水乙醇进行清洗，烘干后得到洁净金属al、cr、ta、ti。

5、(2)真空电弧熔炼：按照难熔高熵合金元素摩尔比称量al、cr、ta、ti，从下到上依次将al、cr、ta、ti放入水冷铜模坩埚内，对al、cr、ta、ti进行真空电弧熔炼，得到合金铸锭。

6、作为优选，所述原料中，al、cr、ta、ti纯度均为99.99％。

7、作为优选，所述步骤(1)中，使用400目砂纸去除金属al、cr、ta和ti表面氧化层。

8、作为优选，所述步骤(1)中，使用无水乙醇超声清洗5-10min，之后在80℃下烘干1h。

9、作为优选，所述步骤(1)中，使用氢氟酸进行酸洗，清洗时间5-10min。

10、作为优选，所述步骤(1)中，使用清水对金属超声清洗，每清洗5-10min后更换清水，重复清洗5次以上。

11、作为优选，所述步骤(1)中，最后使用无水乙醇清洗5min，然后在80℃下烘干2h。

12、作为优选，难熔高熵合金熔炼前，先用机械泵将熔炼环境抽真空至5pa，再使用分子泵将熔炼环境抽真空至2×10-3pa，并充入氩气至0.04-0.05mpa，调整引弧电流至30-80a。

13、作为优选，难熔高熵合金熔炼开始时，引弧电流为50～100a，ti全部熔化后，将电流增加至150-220a，对合金铸锭进行翻面熔炼五次以上，每次翻面后，熔炼时间不少于1min，最后一次翻面熔炼时，先在200a电流下保持熔炼5s，然后将电流减少至150a并保持熔炼5s，最后将电流减少至50a保持10s后，结束熔炼，待合金铸锭冷却10min后，取出合金铸锭。

14、本发明另一方面提出了一种通过上述制备方法制备得到的难熔高熵合金，所述难熔高熵合金化学成分表达式为alxcrtati，元素摩尔比为al：cr：ta：ti＝0.25～1:1:1:1(即x＝0.25～1)。

15、本发明的有益效果：

16、1.本发明通过制备具有bcc和laves相的双相结构难熔高熵合金，laves相作为金属间化合物最大的一类存在多种晶体结构，包括六方c14、立方c15和六方c36，能够提高合金的高温力学性能，通过双相结构对合金进行强化，提升合金综合力学性能，合金最大硬度可以达到约760hv，室温最大压缩屈服强度可达到1714mpa，600℃时，最大屈服强度可达到1586mpa。

17、2.本发明可通过调控al含量进而对laves相数量进行调控，最终实现bcc相与laves相之间比例的控制，从而得到具备不同力学性能的难熔高熵合金，进一步扩展了合金的适用范围。

18、3.本发明难熔高熵合金组成元素较少，通过较少种类元素，即可获得综合力学性能较好的难熔高熵合金，有利于降低合金综合成本。

19、4.本发明在重复翻面熔炼过程中，最后一次翻面熔炼采用梯度减少电流的熔炼方式，通过梯度减少电流控制熔炼温度，可以在铸锭冷却过程中提升合金铸锭成分均匀性，并减少合金熔炼缺陷。

1.一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述原料中，al、cr、ta、ti纯度均为99.99％。

3.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，使用400目砂纸去除金属al、cr、ta和ti表面氧化层。

4.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，使用无水乙醇超声清洗5-10min，之后在80℃下烘干1h。

5.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，使用氢氟酸进行酸洗，清洗时间5-10min。

6.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，使用清水对金属超声清洗，每清洗5-10min后更换清水，重复清洗5次以上。

7.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，最后使用无水乙醇清洗5min，然后在80℃下烘干2h。

8.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：难熔高熵合金熔炼前，先用机械泵将熔炼环境抽真空至5pa，再使用分子泵将熔炼环境抽真空至2×10-3pa，并充入氩气至0.04-0.05mpa，调整引弧电流至30-80a。

9.根据权利要求1所述的一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：难熔高熵合金熔炼开始时，引弧电流为50～100a，ti全部熔化后，将电流增加至150-220a，对合金铸锭进行翻面熔炼五次以上，每次翻面后，熔炼时间不少于1min，最后一次翻面熔炼时，先在200a电流下保持熔炼5s，然后将电流减少至150a并保持熔炼5s，最后将电流减少至50a保持10s后，结束熔炼，待合金铸锭冷却10min后，取出合金铸锭。

10.权利要求1-9任一项所述的难熔高熵合金的制备方法制备的难熔高熵合金，其特征在于：所述难熔高熵合金化学成分表达式为alxcrtati，元素摩尔比为al：cr：ta：ti＝0.25～1:1:1:1。