本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种高强面心立方结构中熵合金及其制备方法。
背景技术
根据混合熵可以将现有的合金分为三类，第一类是以一种或两种元素为主要组成元素的低熵合金，即传统合金(δsmix<1r)；第二类是以两种到四种主要元素的中熵合金(1r≤smix≤1.5r)；第三类是以至少五种主要组成元素的高熵合金(smix≥1.5r)。
高熵合金在性能方面的优异表现，使得其成为目前研究最热的金属材料之一。高熵合金的高熵效应促使其形成单相固溶体，同时由于显著的固溶强化作用，使得固溶相的强度和塑性提高，通常认为增加高熵合金的主元数目，固溶强化效果会更显著，然而最近研究表明，合金元素的数目对合金的固溶强化的影响很小，混合熵的大小对合金的影响程度并不高，例如，cocrni中熵合金的强度和塑性远高于五主元fecocrnimn高熵合金。相比高熵合金，中熵合金更具有生产使用价值，目前对中熵合金的研究还处于起步阶段，关于中熵合金鲜见报道。本发明结合热力学知识及第一性原理方法，预测并制备出高强conicu面心立方结构中熵中熵合金。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是提供一种高强面心立方结构中熵合金及其制备方法。最终获得的具有单一面心立方结构的conicu中熵合金，室温抗压强度大于1600mpa，压缩率大于20％。
技术方案：本发明的一种高强面心立方结构中熵合金含有co、ni、cu三种合金元素，并按原子百分含量co：30～40％、ni：30～40％、其余为cu进行成分配比，经过真空熔炼、均匀化退火、相匹配的固溶处理制得具有单一面心立方结构的conicu中熵合金，其室温抗压强度大于1600mpa，压缩率大于20％。
其中：
所述合金成为conicu，其中co:ni:cu原子百分比：0.5～1:0.5～1:0.5～1，且混合焓介于1～1.5r之间，r＝8.314j/mol*k。
所述conicu中熵合金具有单一的fcc结构。
本发明的一种高强面心立方结构中熵合金的制备方法包括以下步骤：
1)配料：将纯度大于99.99％的粒状或块状原料co、cu、ni按比例配料；
2)熔炼：将配料放入真空熔炼炉中，抽真空至1×10-2～1×10-3pa，然后充入氩气直到炉内压力为：0.05～0.06mpa，翻转重复熔炼3～5次，炉冷成铸锭；
3)均匀化处理：将铸锭吸铸成型，吸铸完成后，随炉冷却，随后将放入马弗炉中进行均匀化退火处理；
4)固溶处理：将中熵合金棒放入马弗炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充满氩气，重复此过程2～3次，以保证炉内为纯净的氩气，以5～10℃/min速率升温至1000～1200℃，保温24～36h，随炉冷却或淬火。
其中：
所述步骤2)的熔炼，熔炼电流为150～200a。
所述3)中的铸锭吸铸成型，吸铸电流为250～300a。
所述3)中的均匀化退火处理，以5～10℃/min速率升温至800～1000℃，随即打开炉门，快速将铸棒放入炉中，待炉温恢复至800～1000℃，保温时间1～10h。
有益效果：
(1)具有单一面心立方结构的合金，通常具有良好的加工性能及高的塑韧性。co、ni为第八副族元素，具有相似的性质，为获得具有良好加工性能的单一面心立方结构的合金，首先计算了coniti、conimo、coninb、conial、conicu的混合焓、ω、vec(如表1)，从表中可看出，conicu的混合焓最接近于0，说明conicu更容易形成单相固溶体。而且conicu电子浓度vec为10，进一步说明conicu趋于形成fcc单相固溶体。
表1热力学计算
(2)本发明构建conicu中熵合金模型，并经过结构优化得到该中熵合金理论晶格常数为
表2弹性常数
(3)本发明经过配料、熔炼、均匀化处理、固溶处理，最终获得具有单一面心立方结构的conicu中熵合金，室温抗压强度大于1600mpa，压缩率大于20％。
(4)本发明提出一种高强面心立方结构中熵合金及其制备方法，采用材料计算与实验相结合的方法，预测合金性能。为设计单相固溶体结构中熵合金提供了新思路。
附图说明
图1为实施例中制备的conicu中熵合金实验设计制备流程图。
图2为实施例中制备的conicu中熵合金晶格常数-能量图，可以看出当晶格常数为3.65时，体系能量最低。
图3为实施例中制备的conicu中熵合金的x射线衍射图，可看出，该合金由单相fcc固溶体相构成。
图4为实施例中制备的conicu中熵合金的压缩应力应变图，可以看出，室温抗压强度大于1600mpa，压缩率大于20％。
图5为实施例中制备的conicu中熵合金的扫描图，该合金晶粒尺寸为2～10μm之间。
具体实施方式
本发明依据合金吉布斯自由能、相形成规律，分别计算对比了常用元素co、ni、al、ti、mo、cu等形成的不同熵合金的电子浓度、混合焓等，发现conicu中熵合金具有形成单相fcc结构的趋势，据此构建conicu中熵合金模型，并经过第一性原理预测该合金属于韧性材料。
选择纯度为99％以上的co、cr、cu按等摩尔比或近似等摩尔比配比并准确称量，将配料放入真空熔炼炉中进行多次熔炼，待成分均匀后，吸铸成型，随后对铸件均匀化退火，并进行固溶处理，最终获得具有单一面心立方结构的conicu中熵合金，室温抗压强度大于1600mpa，压缩率大于20％。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
1)x射线衍射(xrd)测试及相组成分析
采用德国brukerx射线衍射仪进行物相分析，工作电压和电流分别为40kv和30ma,扫描速度为0.15s/step,扫描步长为0.02°/step。
2)准静态压缩试验实验
依据标准gb-t228.1-2010,采用cmt5105型电子万能试验机进行室温轴向准静态压缩试验，应变率选择10-3s-1。
3)显微硬度实验
采用日本fm-700显微硬度计，载荷9.8n，载荷保压时间为15s。为了实验的准确性，每个试样打7次硬度取平均值。
实施例1
一种高强面心立方结构中熵合金，所述合金成分：co：30％、ni:30％、cu：40％，其制备方法包括以下步骤：
称取co锭5.62g、ni锭6.29g、cu锭8.08g，放将纯度大于99.99％的粒状/块状原料co、cu、ni按比例配料。
2)将配料放入真空熔炼炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充入氩气直到炉内压力达到0.05mpa，熔炼电流：200a，翻转重复熔炼5次以上。
3)将铸锭吸铸成型，待冷却后，取出铸棒，放入马弗炉中进行均匀化退火处理，以5℃/min速率升温至1000℃，随即打开炉门，快速将铸棒放入炉中，等炉温恢复至1000℃，保温时间1h。
3.将中熵合金棒放入马弗炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充满氩气，重复此过程3次，以保障炉内为纯净的氩气。以10℃/min速率升温至1000℃，保温24h，随炉冷却。
实施例2
一种高强面心立方结构中熵合金，所述合金成分：co：32％、ni:32％、cu：36％，其制备方法包括以下步骤：
称取co锭5.99g、ni锭6.72g、cu锭7.27g，放将纯度大于99.99％的粒状/块状原料co、cu、ni按比例配料。
2)将配料放入真空熔炼炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充入氩气直到炉内压力达到0.05mpa，熔炼电流：200a，翻转重复熔炼5次以上。
3)将铸锭吸铸成型，待冷却后，取出铸棒，放入马弗炉中进行均匀化退火处理，以5℃/min速率升温至1000℃，随即打开炉门，快速将铸棒放入炉中，等炉温恢复至1000℃，保温时间1h。
3.将中熵合金棒放入马弗炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充满氩气，重复此过程3次，以保障炉内为纯净的氩气。以10℃/min速率升温至1000℃，保温24h，随炉冷却。
实施例3
一种高强面心立方结构中熵合金，所述合金成分：co：33.3％、cu：33.3％、ni:33.3％，其制备方法包括以下步骤：
称取co锭6.5g、cu锭7.01g、ni锭6.47g，放将纯度大于99.99％的粒状/块状原料co、cu、ni按比例配料。
2)将配料放入真空熔炼炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充入氩气直到炉内压力达到0.05mpa，熔炼电流：200a，翻转重复熔炼5次以上。
3)将铸锭吸铸成型，待冷却后，取出铸棒，放入马弗炉中进行均匀化退火处理，以5℃/min速率升温至1000℃，随即打开炉门，快速将铸棒放入炉中，等炉温恢复至1000℃，保温时间1h。
3.将中熵合金棒放入马弗炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充满氩气，重复此过程3次，以保障炉内为纯净的氩气。以10℃/min速率升温至1000℃，保温24h，随炉冷却。
实施例4
一种高强面心立方结构中熵合金，所述合金成分：co：34％、ni:34％、cu：32％，其制备方法包括以下步骤：
称取co锭6.38g、ni锭7.15g、cu锭6.47g，放将纯度大于99.99％的粒状/块状原料co、cu、ni按比例配料。
2)将配料放入真空熔炼炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充入氩气直到炉内压力达到0.05mpa，熔炼电流：200a，翻转重复熔炼5次以上。
3)将铸锭吸铸成型，待冷却后，取出铸棒，放入马弗炉中进行均匀化退火处理，以5℃/min速率升温至1000℃，随即打开炉门，快速将铸棒放入炉中，等炉温恢复至1000℃，保温时间1h。
3.将中熵合金棒放入马弗炉中，抽真空至1×10-3pa，然后充满氩气，重复此过程3次，以保障炉内为纯净的氩气。以10℃/min速率升温至1000℃，保温24h，随炉冷却。
上述实施方式只是本发明的几个实例，不是用来限制本发明的实施与权力范围，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容作出的等效变化和修饰，均应包括在本发明申请专利范围内。