一种高温环境下应用的Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ta系高强高熵合金及制备方法

本发明涉及一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金及制备方法。

背景技术：

1、近年来，人们设计了一种新型合金，称为高熵合金或复杂浓缩合金。高熵合金是一种具有简单晶体结构和优异性能的新一代合金，已成为金属材料研究领域的热点。与具有一种或两种主元的传统合金不同，高熵合金具有多个主元，每个元素的范围在5～35at.％之间。高熵合金的设计策略为获得具有新型成分和性能的合金提供了巨大的可能性。

2、与其他典型的高熵合金体系(如难熔高熵合金或基于cocrfemnni的高熵合金)相比，相对轻质的alxcocrfeni高熵合金具有优异的综合性能和结构灵活性。通过改变al的摩尔比，调整alxcocrfeni高熵合金中fcc或bcc的形成，以获得不同的机械性能。其中，等原子比的alcocrfeni高熵合金具有轻质的特点，因此被视为中高温结构应用的潜在候选者。然而，alcocrfeni高熵合金在高温情况下由于结构不稳定、易发生相转变，进而造成强度和硬度的损失，限制了其作为高温结构材料的应用，如何大幅度提升alcocrfeni高熵合金强度和硬度变成了亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有高熵合金强度和硬度低以及高温性能差的问题，提出一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金及制备方法。

2、本发明一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金由al、co、cr、fe、ni和ta元素组成，表达式为(alcocrfeni)100-xtax，x为2-6，其中al、co、cr、fe、ni为等原子比。

3、本发明一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的制备方法，按以下步骤进行：一、按比例称取al、co、cr、fe、ni和ta，得到原材料；

4、二、对原材料和钛块进行预处理，然后将原材料按从下至上为al、ta、ni、co、fe、cr的顺序加入到熔炼炉的坩埚中，然后在熔炼炉的另一个坩埚中加入钛块，再将熔炼炉抽真空后充入氩气进行保护，先熔炼钛块，然后再熔炼原材料，冷却后，得到纽扣锭样品；

5、三、将纽扣锭样品反复熔炼为6-8次，冷却得到高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金；其中每次熔炼时将纽扣锭样品翻面。

6、本发明通过在alcocrfeni体系中引入ta元素，有效调节硬质laves相在晶界的析出，改善合金室温下的强度和硬度，同时，cr2ta结构的laves相，在高温下表现出良好的抗蠕变性能，在高温下仍然能保持的高强度，使得其具有良好的高温性能。本发明公开一种在室温和高温下兼具较高强度的高熵合金，采用的常规电弧熔炼工艺流程简单、易操作，不需要后续复杂的加工工艺，可有效降低材料的生产成本，在工程结构领域表现出巨大的应用潜力。

7、本发明的有益效果：

8、(1)本发明实现了一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的设计；通过调节al、co、cr、fe、ni、ta元素的成分含量，生成了在高温下具有良好抗蠕变性能的cr2ta结构的laves相，使得高熵合金在高温下依然保持较高的屈服强度，所述高熵合金具有高强度、高硬度，较好高温性能的优点。

9、(2)本发明设计的在室温和高温下兼具较高强度的高熵合金，采用的常规电弧熔炼方法简单、易操作，且不需要热处理和后续复杂的加工工艺。

10、(3)本发明设计的高熵合金含有cr2ta结构的laves相使其具有优异的高温性能，满足在高温结构材料领域的强度需求。

技术特征：

1.一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金，其特征在于该合金由al、co、cr、fe、ni和ta元素组成，表达式为(alcocrfeni)100-xtax，x为2-6，其中al、co、cr、fe、ni为等原子比。

2.根据权利要求1所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金，其特征在于al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金由al、co、cr、fe、ni和ta元素组成，表达式为(alcocrfeni)98ta2，其中al、co、cr、fe、ni为等原子比。

3.根据权利要求1所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金，其特征在于al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金由al、co、cr、fe、ni和ta元素组成，表达式为(alcocrfeni)96ta4，其中al、co、cr、fe、ni为等原子比。

4.根据权利要求1所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金，其特征在于al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金由al、co、cr、fe、ni和ta元素组成，表达式为(alcocrfeni)94ta6，其中al、co、cr、fe、ni为等原子比。

5.如权利要求1所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：一、按比例称取al、co、cr、fe、ni和ta，得到原材料；

6.根据权利要求5所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的制备方法，其特征在于步骤二中所述的预处理是指打磨清洗，具体为：先进行砂轮打磨、砂纸抛光，然后在乙醇溶液中超声清洗，再烘干备用。

7.根据权利要求5所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的制备方法，其特征在于步骤二抽真空至5×10-3pa。

8.根据权利要求5所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的制备方法，其特征在于步骤二充入保护气体高纯氩气至-0.05mpa。

9.根据权利要求5所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的制备方法，其特征在于步骤二采用电弧炉熔炼钛块，电流强度为400-500a，熔炼时间为3-6min。

10.根据权利要求5所述的一种高温环境下应用的al-co-cr-fe-ni-ta系高强高熵合金的制备方法，其特征在于步骤二原材料的熔炼时间为2-5min，电流强度为500-600a。

技术总结
一种高温环境下应用的Al‑Co‑Cr‑Fe‑Ni‑Ta系高强高熵合金及制备方法，本发明涉及一种高温环境下应用的Al‑Co‑Cr‑Fe‑Ni‑Ta系高强高熵合金及制备方法。本发明的目的是为了解决现有高熵合金强度和硬度低以及高温性能差的问题，本发明一种高温环境下应用的Al‑Co‑Cr‑Fe‑Ni‑Ta系高强高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni和Ta元素组成，表达式为(AlCoCrFeNi)<subgt;100‑x</subgt;Ta<subgt;x</subgt;，x为2‑6，其中Al、Co、Cr、Fe、Ni为等原子比。采用电弧熔炼方法进行制备，得到的高熵合金在室温下具有高强度和高硬度，而且具有良好的高温性能，在高温环境下具有较高强度。本发明应用于高熵合金领域。

技术研发人员：陈瑞润,任浩,杨旭,秦刚,王亮,吴士平,苏彦庆,郭景杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13