一种低密度超高硬度Al-Cr-Zr-Ni高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度超高硬度Al

【技术实现步骤摘要】
一种低密度超高硬度Al
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Cr
‑
Zr
‑
Ni高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金技术装置领域，具体涉及一种低密度超高硬度Al
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Cr
‑
Zr
‑
Ni高熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统合金一般由一种主要元素和其它少量次要金属或非金属组成，叶均蔚和Cantor等人提出了高熵合金的概念，打破了传统合金的设计策略，引起了广泛的研究关注。高熵合金一开始提出来被定义为由至少五种等原子比相等或近等原子比的主要元素组成，其具有四大效应，即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应使其具有优异的综合性能。因此，高熵合金可以作为高温结构材料、高硬度材料、耐腐蚀材料、耐磨损材料和模具材料等。多主元高熵合金的提出，为设计金属材料指明了一条新的方向。
[0003]高熵合金的各种优点也成为新型金属材料研究的热点之一，而且目前关于低密度又兼具超高硬度的高熵合金体系研究很少。
[0004]申请公布号为CN 114507801 A的专利技术专利公开的“一种低密度且高硬度的高熵合金材料及其制备方法”公布了一种低密度且高硬度的高熵合金，化学组成为NiCrCoTi
x
Mn
y
，其中x＝0.25～0.75，y＝0.25～0.75，0.5≤x+y≤1。该高熵合金的密度为5.8～7.4g/cm3，硬度为635～910HV。
[0005]申请公布号为CN 113621862 B的专利技术专利公开的“一种高硬度Al
‑
Cr
‑
Ti
‑
V
‑
Cu轻质高熵合金的制备方法”公布了一种高硬度轻质高熵合金，化学组成按原子百分比构成为：Al 20～25％，Cr 20～25％，Ti 20～25％，V 20～25％，Cu 0～20％，其中Cu的含量不为0。所述合金的金相结构为BCC、BCC+FCC或FCC+HCP，硬度在650～800HV。
[0006]申请公布号为CN 114058923 A的专利技术专利公开的“一种四元共晶高熵合金及其制备方法”公布了一种四元Al
‑
Cr
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Fe
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Ni共晶高熵合金，所述Al、Cr、Fe和Ni的摩尔比为(1.72～1.78)：(0.8～1.1)：(0.8～1.1)：(0.8～1.1)；该高熵合金由BCC的Cr
‑
Fe相和B2的NiAl相组成，硬度为545.35HV。
[0007]到目前为止，有关低密度超高硬度的高熵合金报道很少，能够满足工程需要的高熵合金也还需要进一步的研究，因此设计和制备低密度超高硬度高熵合金具有重要的意义。

技术实现思路

[0008]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种低密度超高硬度Al
‑
Cr
‑
Zr
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Ni高熵合金及其制备方法，该高熵合金包括L21‑
ZrNi2Al相和ZrCr2相两个特殊的相结构，具有远低于镍基、钴基合金的密度和超高的硬度，具有部分共晶组织使得其具有优异的铸造性能。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术提供一种低密度超高硬度Al
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Cr
‑
Zr
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Ni高熵合金，包括Al、Cr、Zr和Ni非等
原子比组成，化学式记为Al
a
Cr
b
Zr
c
Ni
d
，其中原子百分数a＝25～30，b＝15～20，c＝25～30，d＝25～30，且a+b+c+d＝100；所述合金的金相结构为L21‑
ZrNi2Al相和ZrCr2相。
[0011]进一步地，所述高熵合金的密度为5.9～6.4g/cm3，硬度在1000HV以上。
[0012]本专利技术的另一个目的是提供一种低密度超高硬度Al
‑
Cr
‑
Zr
‑
Ni高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1：按照原子百分配比称取原料Al、Cr、Zr和Ni，将配好的原料按熔点高低依次放入真空电弧熔炼炉的铜坩埚之中，熔点最低的放在底层，熔点最高的放在上层；
[0014]S2：将钛锭放入真空电弧熔炼炉的另一铜坩埚中，在氩气气氛保护下先熔化钛锭吸氧；
[0015]S3：然后开始熔炼步骤S1的合金原料，并搅拌使其均匀熔炼，获得的合金铸锭冷却后翻转铸锭；
[0016]S4：按照步骤S3进行多次翻转反复熔炼，冷却之后得到低密度超高硬度Al
‑
Cr
‑
Zr
‑
Ni高熵合金。
[0017]进一步地，步骤S1中，配料前需要清除原料表面的氧化皮并超声波清洗干净，保证原料的纯度≥99.9wt.％。
[0018]进一步地，步骤S2，钛锭放置完毕后，抽真空至5
×
10
‑3Pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.05～0.06Mpa。
[0019]进一步地，步骤S3，熔炼合金原料电流在200
‑
300A，每次熔炼合金熔化后，电弧保持3
‑
4分钟。
[0020]进一步地，步骤S4，反复熔炼次数为5次以上，且熔炼完一次需要翻转铸锭。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]本专利技术通过寻找AlCrZrNi共晶体系过程中，制备出了兼具低密度且具有超高硬度的Al
‑
Cr
‑
Zr
‑
Ni高熵合金，本专利技术所述制备方法操作简单、安全，制备效果好。该所述高熵合金包括L21‑
ZrNi2Al相和ZrCr2相两个特殊的相结构，密度为5.9～6.4g/cm3，硬度在1000HV以上，具有远低于镍基、钴基合金的密度和超高的硬度，高熵合金部分共晶组织使得其具有优异的铸造性能，满足先进硬度材料的需求。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为实施例1提供的一种低密度超高硬度Al
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Cr
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Zr
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Ni高熵合金的结构示意图；
[0025]图2为实施例1提供的一种低密度超高硬度Al
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Cr
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Zr
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Ni高熵合金的DSC曲线；
[0026]图3为实施例1提供的一种低密度超高硬度Al
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Cr
‑
Zr
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度超高硬度Al
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Cr
‑
Zr
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Ni高熵合金，其特征在于，包括Al、Cr、Zr和Ni非等原子比组成，化学式为Al
a
Cr
b
Zr
c
Ni
d
，其中原子百分数a＝25～30，b＝15～20，c＝25～30，d＝25～30，且a+b+c+d＝100，所述高熵合金的金相结构为L21‑
ZrNi2Al相和ZrCr2相。2.如权利要求1所述一种低密度超高硬度Al
‑
Cr
‑
Zr
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Ni高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的密度为5.9～6.4g/cm3，硬度在1000HV以上。3.权利要求1所述的一种低密度超高硬度Al
‑
Cr
‑
Zr
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Ni高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按照原子百分配比称取原料Al、Cr、Zr和Ni，将配好的原料按熔点高低依次放入真空电弧熔炼炉的铜坩埚之中，熔点最低的放在底层，熔点最高的放在上层；S2：将钛锭放入真空电弧熔炼炉的另一铜坩埚中，在氩气气氛保护下先熔化钛锭吸氧；S3：然后开始熔炼步骤S1的合金原料，并搅拌使其均匀熔炼，获得的合金铸锭冷却后翻转铸锭；S4：按照步骤S3进行多次翻转反复熔炼，冷却之...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长玖，印邦杰，陈正，张平，何业增，沈宝龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：