【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高熵合金制备，涉及一种高硬度耐腐蚀的高熵合金及其制备方法与应用。
技术介绍
1、高熵合金(high-entropy alloys)简称hea，是由五种或五种以上大约等量的金属形成的合金。与传统合金不同的是，高熵合金没有主成分，各组分质量或者摩尔的量相近。过往的概念中，若合金中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多种金属却不会脆化，是一种新的材料。
2、高熵合金现行的合成方法主要是激光熔覆法、等离子烧结法和电弧炉法等。cn105401042a公开了高熵合金粉末在激光熔覆中的应用，高熵合金粉末由fe、ni、cr、al、cu和mn元素粉末组成，组成表示为fenicralcumnx，x为mn的摩尔比且其取值范围为0～1。按照各自元素的摩尔比进行配比计算，准确称量各个组分的质量后将其进行充分混合以均匀即可，将高熵合金粉末和乙醇混合后，均匀涂覆在基体材料表面，干燥后通过激光熔覆即可获得熔覆层。
3、cn108642362a公开了一种高熵合金及其制备方法，高熵合金中的元素成分为非等原子比的cr元素、fe元素、co元素、ni元素和ta元素；所述制备方法包括：将称取的各原料置于电弧熔炼炉中进行熔炼，即得到高熵合金。
4、但上述方法所需能耗高，操作安全风险大，且制得的高熵合金试样组分不均匀，无法得到成分均一的试样，从而影响了其性能表达。
5、因此，研究出一种成分均一、高硬度、耐腐蚀性的高熵合金及其制备方法是本领域技术人员亟待解决的问题。
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种高硬度耐腐蚀的高熵合金及其制备方法与应用，通过控制al元素与非金属元素的含量，提高合金的硬度的同时，增强合金的耐腐蚀性能；通过球磨与热等静压相结合的方法，即可制得成分均一、性能优异的高熵合金。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种高硬度耐腐蚀的高熵合金，所述高熵合金包括：金属元素fe、co、cr、ni、al和非金属元素m；其中，m包括si和/或c；
4、所述fe、co、cr、ni和al的质量比为1:1:1:1:(0.08-0.12)，例如可以是1:1:1:1:0.085、1:1:1:1:0.09、1:1:1:1:0.095、1:1:1:1:0.1或1:1:1:1:0.11等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；
5、以所述金属元素总质量为基准，非金属元素添加的摩尔量为0.3-1mol，例如可以是0.4mol、0.5mol、0.6mol、0.7mol、0.8mol或0.9mol等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
6、本专利技术中，所述高熵合金为密排六方晶格(hcp)。
7、本专利技术提供的高熵合金，在fecocrni合金体系的基础上，添加一定比例的al元素，促进体系合金化进程，增强防腐效果，并促进合金相结构转变；同时，通过添加一定量的非金属元素，细化合金组织，提高合金的硬度。
8、值得说明的是，fecrni三种金属元素原子尺寸较为接近，更易形成稳定的固溶体。本专利技术中fe元素可以提高合金体系混合熵；cr元素有利于提高合金硬度和耐磨性能；ni元素具有良好的塑性、耐腐蚀性和耐高温性；co具有良好的耐高温、耐腐蚀性能；al元素的加入会加剧晶格畸变，促进合金相结构转变，同时还能提高合金体系的耐腐蚀性；si元素的添加使合金组织逐渐细化，硬度也随之提高，平均摩擦系数逐渐降低；c元素属于固溶元素，主要起固溶强化作用，增加c含量能显著提高材料的强度。
9、作为本专利技术优选的技术方案，以所述金属元素总质量为基准，非金属元素添加的摩尔量为0.6-1mol，例如可以是0.62mol、0.65mol、0.7mol、0.75mol、0.8mol、0.85mol、0.9mol或0.95mol等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、本专利技术中，通过控制非金属元素添加的摩尔量在0.6-1mol范围内，在确保高熵合金的耐腐蚀性能前提下，进一步提升合金的硬度。
11、作为本专利技术优选的技术方案，所述高熵合金在3.5wt.％nacl溶液中的腐蚀电流密度≤1.5×10-5a/cm2，例如可以是1.4×10-5a/cm2、1.2×10-5a/cm2、1×10-5a/cm2、0.5×10-5a/cm2、0.4×10-5a/cm2或0.2×10-5a/cm2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、优选地，所述高熵合金的硬度≥700hv，例如可以是710hv、720hv、730hv、740hv、750hv、760hv、780hv、800hv、810hv、820hv或850hv等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13、第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述的高熵合金的制备方法，所述制备方法包括：
14、按照比例混合合金原料，而后依次进行球磨和热等静压，得到所述高熵合金；
15、所述热等静压的温度为900-1100℃，例如可以是920℃、950℃、960℃、980℃、1000℃、1020℃、1050℃、1060℃或1080℃等，时间≥2h，例如可以是2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h或6h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16、本专利技术通过球磨与热等静压相结合的方法，结合控制热等静压的温度及时间参数范围，即可制得成分均一、性能优异的高熵合金；所述制备方法成本低，能耗低，所得合金性能优异，易批量化生产，具有广泛的应用前景。
17、值得说明的是，本专利技术通过球磨实现机械化合金，之后通过包套将粉末封存，抽真空后借助热等静压近净成形技术实现组分均一、性能优异的块体高熵合金制备。由于热等静压近净成形技术能够通过模具实现金属粉末冶金近净成型，且高温和等静压力促进了烧结进程以及粉末之间的密堆和致密化，有效提升材料的密度和微粒间连接，从而增强合金的性能。
18、作为本专利技术优选的技术方案，所述球磨在保护气氛下进行。
19、本专利技术中，所述保护气氛包括氩气；在球磨过程中充氩气以防氧化。
20、优选地，所述球磨包括依次进行的第一球磨和第二球磨。
21、优选地，所述第一球磨的转速为350-500rpm/min，例如可以是360rpm/min、380rpm/min、400rpm/min、420rpm/min、450rpm/min、460rpm/min或480rpm/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22、优选地，所述第一球磨的时间为7-10h，例如可以是7.5h、8h、8.5h、9h、9.5h或9本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高硬度耐腐蚀的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金包括：金属元素Fe、Co、Cr、Ni、Al和非金属元素M；其中，M包括Si和/或C；
2.根据权利要求1所述的高熵合金，其特征在于，以所述金属元素总质量为基准，非金属元素添加的摩尔量为0.6-1mol。
3.根据权利要求1或2所述的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金在3.5wt.％NaCl溶液中的腐蚀电流密度≤1.5×10-5A/cm2；
4.一种如权利要求1-3任一项所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球磨在保护气氛下进行；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述球磨后，热等静压前还进行了将合金化粉末装入包套，而后进行脱气处理；
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热等静压的压力为150-170MPa；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一升温的终点温度为900-1000℃；
9.根据权利要求4-8任一项
10.一种如权利要求1-3任一项所述的高熵合金的应用，其特征在于，所述高熵合金用于海洋防腐材料的制备。
...【技术特征摘要】
1.一种高硬度耐腐蚀的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金包括：金属元素fe、co、cr、ni、al和非金属元素m；其中，m包括si和/或c；
2.根据权利要求1所述的高熵合金，其特征在于，以所述金属元素总质量为基准，非金属元素添加的摩尔量为0.6-1mol。
3.根据权利要求1或2所述的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金在3.5wt.％nacl溶液中的腐蚀电流密度≤1.5×10-5a/cm2；
4.一种如权利要求1-3任一项所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，吕周晋，薛云泽，李宏，汪家道，
申请(专利权)人：清华大学天津高端装备研究院，
类型：发明
国别省市：
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