一种CrNiFeCuTiB系高强韧性高熵合金及其制备方法和应用

本发明属于合金材料，具体涉及一种crnifecutib系高强韧性高熵合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高熵合金是一种多主元合金，通常至少由5种元素组成，每种元素的含量在5％到35％之间。由于高熵合金的高熵效应，其多主元金属倾向于形成简单的固溶体而不是许多复杂相。这种效应使高熵合金避免产生脆性的金属间化合物，能够具有较高的强度，较好的耐磨性以及抗腐蚀性等。例如cn114058922公布了一种轻型硬质cocralsini高熵合金及其制备方法，通过真空电弧熔炼法得到了高硬度、低密度并具有良好的力学性能和热稳定性的新型的轻型硬质高熵合金。

2、现有技术中存在一些体系，例如alcocrfeni、monbtativ、cofenixvmoy和feconicual。但由于fcc相较软而bcc相较硬和脆的原因，具有体心立方的高熵合金如monitaw，具有高强度但延展性较差；面心立方的高熵合金如cocrfeni，有良好的延展性但强度低。所以，需要开发具有高强度高硬度同时具有良好塑性的高熵合金技术。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供了一种crnifecutib系高强韧性高熵合金及其制备方法和应用。

2、本发明所提供的技术方案如下：

3、一种crnifecutib系高强韧性高熵合金，由cr、ni、fe、cu、ti与b组成，其中cr:ni:fe:cu:ti:b的原子比为(0.1～1):(0.5～2):(0.5～1):(0.5～1.5):(0.1～0.5):(0.1～0.7)，同时按原子比0.028≤(ti+b)/(cr+ni+fe+cu)≤0.25。

4、本发明所提供的crnifecutib系高熵合金由塑性较好的fcc基体组成，析出的laves相和δ相使得合金的强度和硬度提高。该合金的晶体结构简单，成分均匀；硬度较高，能达到650hv；抗压强度可达到1929mpa，且压缩应变可达55％。

5、本发明还提供了一种crnifecutib系高强韧性高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

6、1)按照摩尔比(0.1～1):(0.5～2):(0.5～1):(0.5～1.5):(0.1～0.5):(0.1～0.7)称取洁净的cr金属块、ni金属块、fe金属块、cu金属块、ti金属块和b颗粒进行配料；

7、2)将各原料置入电弧熔炼炉内的铜坩埚内，按照低熔点元素在下、高熔点元素在上的顺序布置原料；

8、3)将电弧熔炼炉内的真空度调节到为-0.1～-0.05mpa，氩气为保护气；

9、4)进行电弧熔炼，得到铸态的crnifecutib系高强韧性高熵合金。

10、具体的，步骤2)中：在所述电弧熔炼炉内单独放置钛锭，用于在熔炼过程中吸收剩余的氧气。

11、具体的，步骤3)中：保护气为氩气。

12、具体的，步骤4)中：

13、起弧电流为60～80a；

14、熔融电流为300～700a；

15、熔融时间为30-90s。

16、具体的，步骤4)中：反复熔炼，次数为4～10次。

17、具体的，步骤4)中：得到的铸锭的直径为20～90mm，高度为5～200mm。

18、crnifecutib系高强韧性高熵合金的制备方法可具体包括以下步骤：

19、1、称取原料：

20、1a、将cr金属块、ni金属块、fe金属块、cu金属块、ti金属块、b颗粒使用1000#砂纸进行去皮打磨至原料表面光亮无污染。将所有原料放入装有丙酮的烧杯中用超声洗涤5分钟，取出后吹干待用，原料的纯度均在99.999wt.％以上。

21、1b、按照摩尔比(0.1～1)：(0.5～2)：(0.5～1)：(0.5～1.5)：(0.1～2)：(0.1～1.5)称取清洗后的cr金属块、ni金属块、fe金属块、cu金属块、ti金属块、b颗粒进行配置，配置过程中的质量误差应该控制在0.05g内。

22、2、放置原料：

23、2a、用无水乙醇将铜坩埚和炉膛内壁擦拭干净，避免污染物对合金的影响。在炉内其中一个坩埚内放入一个打磨光亮的钛锭吸收剩余的氧气。

24、2b、用镊子将配好的合金原料置入电弧熔炼炉内的铜坩埚内，按照低熔点元素在下，高熔点元素在上的顺序放置。即放置顺序为cu、ni、fe、ti、cr、b。

25、2c、关闭真空室，打开冷却水对铜模进行始终冷却保护，防止熔炼过程中的高温导致铜模中部分元素进入铸锭。

26、3、抽真空：

27、3a、打开机械泵和分子泵，对真空室进行抽真空，当真空室内的真空度达到5.5～6*10-3pa后，关闭蝶阀，停止分子泵，当分子泵转速为零时，通过管道向炉腔通入高纯氩气，目的是保护合金不被氧化和低熔点合金在熔炼时挥发。

28、3b、重复步骤3a)2次～4次，再通入氩气至真空度为-0.1～-0.05mpa。

29、4、电弧熔炼：

30、4a、打开电弧熔炼按钮，先利用ti锭引弧。将电弧枪尖端垂直下降至距离ti锭表面2mm处，开始引弧，将其熔化吸收腔内剩余气体。至ti表面不再变色为止。

31、4b、熔炼合金。熔炼开始时电流为60～80a，逐渐加大熔炼电流至300～700a，使电弧在整个样品表面来回扫射，样品受热均匀，加热时间60s。

32、4c、当样品完全熔化后，关闭电弧熔炼按钮，抬起电弧枪，等合金冷却凝固后，利用机械手臂将样品翻转过来，重复步骤4a、4b、4c，反复熔炼4～10次，得到成分和组织结构较为均匀的样品。

33、4d、熔炼结束后，等合金完全冷却后，打开真空充气阀向真空室内充气，当真空室内的气压与外界大气压相等时，升起炉膛，取出合金熔炼锭料，用电子天平称重，装袋编号。

34、本发明还提供了上述crnifecutib系高强韧性高熵合金的应用，根据其高强度、高韧性的特点，可用于制备航天航空、舰船装备等的修复材料或结构材料。

35、本发明所提供的crnifecutib系高强韧性高熵合金，因在强度、硬度及韧性方面性能突出，因此，特别适合作为特殊工况设备例如航天航空、舰船装备等的修复材料或结构材料。

36、本发明的优点：

37、本发明制备的crnifecutib高熵合金，组织结构完整，主要结构为fcc基体及少量的laves相和δ相，以树枝晶组织为主，合金的强度和硬度较高，塑性较好；

38、本发明制备的crnifecutib系高熵合金的抗压强度可达到1929mpa，压缩应变可达到55％，硬度可达到650hv。在保持较高的强度和硬度前提下，还具有良好的塑性。与monitaw合金相比，其塑性提高3倍；与cocrfeni合金相比，其强度提高2.5倍；

39、本发明可获得一种crnifecutib系高强韧性高熵合金及crnifecutib系高熵合金的制备方法，其生产工艺流程简单，合金力学性能优异且生产成本低。