密排六方结构的稀土高熵合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于稀土合金材料技术领域，具体而言，是通过采用高真空非自耗电弧熔 炼炉熔炼稀土金属制备具有密排六方结构的高熵合金。
【背景技术】
[0002] 高熵合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性、较好的热稳定性以及较强的抗氧化和 抗腐蚀能力等特性引起了材料科学工作者的广泛关注，在工程应用方面显示了极大的潜 力。高熵合金是由五种或以上元素按照等原子比或近似等原子比的原则形成的一类多主元 合金，由于组元间较高的混合熵而倾向于形成无序排列的固溶体，其中最具代表性的是中 国台湾清华大学叶均蔚教授等发现的以C 0CrCuFeNi为代表的面心立方结构的固溶体合金 和北京科技大学张勇教授等发现的以AlCoCrFeNi为代表的体心立方结构的固溶体合金。 目前研宄的高熵合金都是体心立方结构或面心立方结构或者是二者的混合结构，很少有报 道关于密排六方结构的高熵合金。为了弥补这一空缺，研宄人员尝试制备具有密排六方结 构的高熵合金。
[0003] 根据玻尔兹曼理论，η种金属组成的合金体系的混合熵可用以下公式计算：
[0004] S = kin ω
[0005] 式中，k为波尔兹曼常数，ω为热力学几率。当合金以等原子比混合时体系的混 合熵达到最大。对于五元合金系而言，其混合熵为I. 61R。理查德规则认为大多数金属熔化 时的熵值变化近视等于R，因此五种金属混合形成合金时其混合熵大于熔化熵，合金更容易 形成固溶体。多种金属混合能否形成固溶体合金，香港城市大学的郭晟认为与合金系的混 合熵Λ Smix、混合焓Λ Hmix及原子半径差δ有关，其中
[0009] 式中，R是气体常数，
，Ci是元素的原子百分比。当 0彡δ彡8.5，-22彡八!^!￡彡71^/111〇1，11彡八31^彡19.51/〇(.111〇1)时，合金中就只有 固溶体相。这一结构类型高熵合金成为继面心立方结构高熵合金和体心立方结构高熵合金 之后又一重大发现，对于高熵合金的研宄开发和工业应用具有重要意义。
【发明内容】
[0010] 针对以往高熵合金只具有面心立方结构和体心立方结构这一问题，本发明旨在制 备出具有新的结构类型的高熵合金一一密排六方结构。
[0011] -种密排六方结构的高熵合金，其成分是1^!￡6(1!￡!1〇 !^!^6!￡或La LaxGdxHo xErxCex，其中X为原子数百分比且X = 20。
[0012] 所述的密排六方结构的高熵合金，通过采用高真空非自耗电弧熔炼炉熔炼而成。
[0013] 所述的密排六方结构的高熵合金，其制备步骤是：
[0014] (1)按照原子数百分比 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Ce :20%，或 La : 20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Tb :20%，或 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Er :20%，Ce : 20 %作为原料；
[0015] (2)用高真空非自耗电弧熔炼炉在99. 999%的高纯氩气保护下将原料熔炼4~5 次制成母合金铸锭。
[0016] 所述的密排六方结构的高熵合金，其检测步骤是：
[0017] (1)用金相镶样机将母合金铸锭镶成尺寸为20mmX IOmm的试样；
[0018] (2)依次用 100#、240#、400#、600#、800#、1000#和 1200#金相砂纸磨平试样表面， 然后对试样进行抛光；
[0019] (3)用X射线衍射仪对试样进行X射线衍射谱线扫描，扫描角度范围为20°~ 80°，扫描速度为3° /min。
[0020] 本发明在高熵合金领域首次提出具有密排六方结构，打破了以往高熵合金只具有 面心立方结构和体心立方结构这一惯例，对于今后高熵合金的开发具有重要的指导和借鉴 意义，从而能够进一步扩大高熵合金在产业领域的应用范围。
【附图说明】
[0021] 图1是合金Y2QLa2QCe2(lGd 2(lH〇2(l铸锭的X射线衍射图；
[0022] 图2是合金La2ciCe2ciGd2ciH 02ciEr2ci铸锭的X射线衍射图；
[0023] 图3是合金Y2ciLa2ciGd2ciTb 2ciH02ci铸锭的X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0024] 实施例一：本发明采用高真空非自耗电弧熔炼炉制备具有密排六方结构的高熵合 金，其制备步骤包括：
[0025] 1、选用纯度高于99. 9%的Y、La、Ce、GcU Tb、Ho和Er作为原料，按照原子数百分 比 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Ce :20%，进行配比；
[0026] 2、用高真空非自耗电弧熔炼炉，并在99. 999%的高纯氩气保护下将原料熔炼成母 合金铸锭，熔炼时将原料反复翻转进行4~5次熔炼以提高成分的均匀性；
[0027] 3、用金相镶样机将母合金铸锭镶成尺寸为20mmX IOmm的试样；
[0028] 4、依次用100#、240#、400#、600#、800#、1000#和1200#金相砂纸磨平试样表面，然 后对试样进行抛光；
[0029] 5、用X射线衍射仪测量高熵合金的X射线衍射谱，扫描角度范围为20°~80°， 扫描速度为3° /min。
[0030] 实施例二：本实施例的配料是 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Tb :20%，其 它与实施例一相同。
[0031] 实施例三：本实施例的配料是 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Er :20%，Ce :20% ;， 其它与实施例一相同。
[0032] 本发明采用高真空非自耗电弧熔炼炉制备了成分为Y2(lLa2(lC e2(lGd2(lH〇2(l、 La2ciCe2tlGd2ciH02ciEr 2ci和Y 2QLa2(lGd2Jb2(lH〇2(^三种高熵合金，并测量其X射线衍射谱。根据获 得的衍射峰对照ASTM卡片确定所制备的三种高熵合金的晶体结构为密排六方结构。
[0033] 以上是有关本发明较佳实施例的说明。在此，需要说明的一点是，本发明并不局限 于以上实施例，在满足权利要求书、发明详细说明以及附图等范围要求的情况下，可以对本 发明进行各种变更实施，而这些均属于本发明范围之内。
[0034] 说明：本发明所述的高真空非自耗电弧熔炼炉与专利号是201210295303. 1中所 述的高真空非自耗电弧熔炼炉相同。
【主权项】
1. 一种密排六方结构的高熵合金，其成分是LaxGdxHo xYx Cex或LaxGdxHoxYx Tbj^ LaxGdxHox Er x Ce x，其中X为原子数百分比x=20。2. 根据权利1所述的密排六方结构的高熵合金，其特征在于：通过采用高真空非自耗 电弧熔炼炉熔炼而成。3. 根据权利1或2所述的密排六方结构的高熵合金，其特征在于：其制备步骤是： (1) 按照原子数百分比 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Y :20%，Ce :20%，或 La :20%，Gd :20%， Ho :20%，Y :20%，Tb :20%，或 La :20%，Gd :20%，Ho :20%，Er :20%，Ce :20% 作为原料； (2) 用高真空非自耗电弧熔炼炉在99. 999%的高纯氩气保护下将原料熔炼4~5次制 成母合金铸锭。4. 根据权利1或2或3所述的密排六方结构的高熵合金，其特征在于：其检测步骤是： (1) 用金相镶样机将母合金铸锭镶成尺寸为20mmX IOmm的试样； (2) 依次用100#、240#、400#、600#、800#、1000#和1200#金相砂纸磨平试样表面，然后 对试样进行抛光； (3) 用X射线衍射仪对试样进行X射线衍射谱线扫描，扫描角度范围为20°~80°，扫 描速度为3°/min。
【专利摘要】一种密排六方结构的高熵合金，其成分是LaxGdxHoxYx Ce x 或LaxGdxHoxYx Tb x或LaxGdxHox Er x Ce x，其中x为原子数百分比x=20。用高真空非自耗电弧熔炼炉在99.999%的高纯氩气保护下将原料熔炼4～5次制成母合金纽扣锭；用金相镶样机将三种铸锭镶成尺寸为20mm×10mm的试样；依次用100#、240#、400#、600#、800#、1000#和1200#金相砂纸磨平试样表面，然后对试样进行抛光；用X射线衍射仪测量三种高熵合金的X射线衍射谱，扫描角度范围为20o～80o，扫描速度为3o/min。根据获得的衍射峰对照ASTM卡片确定所制备的三种高熵合金的晶体结构为密排六方结构。
【IPC分类】C22C1/02, C22C28/00
【公开号】CN104946912
【申请号】CN201510411796
【发明人】乔珺威, 赵亚杰, 王永胜, 潘少鹏, 杨慧君, 高长华, 许并社
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月14日