本發(fā)明涉及一種高熵合金及其制備方法，具體地說，涉及一種耐磨、耐蝕的crmonbtav高熵合金及其制備方法，屬于合金材料及其制備
技術領域：
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背景技術：
：傳統(tǒng)的合金材料大多是以一種金屬元素為主元，添加其它合金元素獲得某些特殊的性能，如以鐵為主元的鋼鐵材料、以鋁為主元的鋁合金、以鎂為主元的鎂合金等，添加的合金元素可改善合金的強度、韌性、耐蝕性或耐磨性等。但是，添加過多的合金元素種類會出現(xiàn)較多的脆性金屬間化合物，惡化合金的力學性能；過多的化合物也不利于分析和研究合金的組織。因此，傳統(tǒng)的合金設計理念不利于合金向多主元方向發(fā)展。上世紀90年代中期中國臺灣學者葉均蔚等突破材料設計的傳統(tǒng)觀念，提出了基于等摩爾比、高混合熵的合金設計理念的高熵合金(high-entropyalloys，或稱高亂度合金)概念并進行了研究，直到2004年首見報道高熵合金。多主元高熵合金打破了以一種合金元素為基的傳統(tǒng)合金設計模式，可通過合金成分優(yōu)化設計，獲得具有顯微結(jié)構(gòu)簡單化、納米析出物、非晶結(jié)構(gòu)、納米晶粒等組織特征和高強度、高硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫蠕變、耐高溫氧化、耐回火軟化等特性優(yōu)異的性能組合的合金，可廣泛用于耐高壓、耐腐蝕化工容器及船舶上的高強度耐蝕件。技術實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種crmonbtav高熵合金及其制備方法。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供以下技術方案。一種crmonbtav高熵合金，其特征在于，所述高熵合金為固溶體相組成，其中，cr:mo:nb:ta:v的摩爾比依次為：1:1:1:1:1。所述的crmonbtav高熵合金的制備方法具體是按以下步驟完成的：1）、采用純度99.5%以上的冶金原料cr、mo、nb、ta和v金屬粉末，按照等摩爾比例進行精確的稱量配比，將其混合均勻；2）、使用壓樣機將混合的粉末壓制成塊，供熔料制備合金使用；3）、使用真空非自耗電極電弧爐熔煉合金，首先將塊狀的樣品放置在外圍的熔煉池內(nèi)，并將純鈦粒放置在最中間的熔煉池內(nèi)，放置完畢之后蓋好爐蓋，擰緊樣品室旋鈕；4）、對樣品室抽真空，當真空度達到5×10-3pa后，充入工業(yè)氬氣直到爐內(nèi)壓力達到半個大氣壓，并重復此步驟2~3次；重復抽真空的目的在于洗氣，反復充放氬氣使得熔煉爐中的空氣盡量減到最??；5）、真空抽完之后充放氬氣直到爐內(nèi)壓力達到半個大氣壓，此時便可開始進行熔煉，在熔煉樣品之前先將熔煉池中的純鈦粒熔煉一遍，盡量將爐中殘留的氧氣消耗殆盡；6）、熔煉過程中為了使原料更好地混合均勻，每次熔煉合金熔化后，電弧保持時間在90~120s，待合金塊冷卻后將其翻轉(zhuǎn)，如此重復4次以上；7）、熔煉4次以上之后停止熔煉，根據(jù)所需產(chǎn)品的尺寸形狀，可將重復熔煉后的合金液澆鑄在模具內(nèi)，然后冷卻獲得。本發(fā)明的原理及有益效果在于：1.本發(fā)明提供了一種crmonbtav高熵合金，所述高熵合金由簡單結(jié)構(gòu)的固溶體相組成，合金組織均勻，具有較高的硬度和優(yōu)異的耐腐蝕性能，該合金的顯微硬度高達918hv。具有廣闊的應用前景。2.本發(fā)明提供了一種crmonbtav高熵合金的制備方法，采用高真空合金電弧熔煉進行制備，制備方法簡單可靠，獲得的高熵合金組織均勻穩(wěn)定。附圖說明圖1為實施例中制備的crmonbtav高熵合金的x射線衍射圖譜。圖2為實施例中制備的crmonbtav高熵合金的掃描電子顯微組織。具體實施方式以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的制備方式及工藝性能，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容全面地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及作用。1.crmonbtav高熵合金成分設計。本實施方式是一種crmonbtav高熵合金是由cr、mo、nb、ta和v五種元素組成，其中，cr:mo:nb:ta:v的摩爾比依次為：1:1:1:1:1。2.crmonbtav高熵合金的制備。高熵合金的制備是最關鍵的一個步驟，制備過程如下。1）原料準備：本發(fā)明采用的合金冶煉原料為高純（純度在99.5%以上）cr、mo、nb、ta和v元素，所用的原材料全部為粉末狀材料；2）稱重配粉：按照等摩爾比例進行精確的稱重配比，并將稱重之后的粉末材料混合在一起，使用v型混粉機上勻速混合10h；3）壓制成塊：將混合好的粉末在冷壓機上以200mpa的壓力冷壓成形，保壓時間約為90~120s；4）熔煉高熵合金：①使用真空非自耗電極電弧爐熔煉合金，首先將塊狀的樣品放置在熔煉池內(nèi)，并將純鈦粒放置在最中間的熔煉池內(nèi)，放置完畢之后蓋好爐蓋，擰緊樣品室旋鈕；②對樣品室抽真空，當真空度達到5×10-3pa后，充入工業(yè)氬氣直到爐內(nèi)壓力達到半個大氣壓，并重復此步驟2~3次；重復抽真空的目的在于洗氣，反復充放氬氣使得熔煉爐中的空氣盡量減到最小；③真空抽完之后充放氬氣直到爐內(nèi)壓力達到半個大氣壓，此時便可開始進行熔煉。在熔煉樣品之前先將熔煉池中的純鈦粒熔煉一遍，盡量將爐中殘留的氧氣消耗殆盡；④熔煉過程中為了使原料更好地混合均勻，每次熔煉合金熔化后，電弧保持時間在90~120s，待合金塊冷卻后將其翻轉(zhuǎn)，如此重復4次以上；⑤熔煉4次以上之后停止熔煉，待合金隨爐冷卻至室溫后打開非自耗真空電弧熔煉爐取出樣品，最終得到一個橢球狀的crmonbtav高熵合金鑄錠。3.crmonbtav高熵合金的組織結(jié)構(gòu)及性能。1）x射線衍射（xrd）測試及相組成分析。利用線切割將獲得的鑄錠切割成4mm×4mm×3mm尺寸的方形樣品，再依次將樣品依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂紙仔細研磨，再使用拋光機進行拋光。x射線衍射物相分析在日本理學rigakud/max2500x射線衍射儀上進行。設備技術規(guī)格：使用cu作為輻射源，石墨單色器，操作電壓40kv、電流250ma，自轉(zhuǎn)靶。掃描速率8°/min，選擇衍射角范圍為2θ=5-90°。利用mdi-jade6.0軟件分析實驗數(shù)據(jù)，確定物相。如圖1所示的crmonbtav高熵合金的xrd測試結(jié)果顯示crmonbtav高熵合金的主要組成相為體心立方結(jié)構(gòu)和少量的laves相。而這其中的laves相主要為cr2nb、v2ta金屬間化合物。2）顯微組織分析。利用線切割將獲得的鑄錠切割成4mm×4mm×3mm尺寸的方形樣品，再依次將樣品依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂紙仔細研磨，再使用拋光機進行拋光。用掃描電子顯微鏡觀察試樣組織形貌。由圖2可知crmonbtav高熵合金生成的晶粒呈樹枝晶狀形態(tài)。3）顯微硬度測定及分析。利用線切割將獲得的鑄錠切割成4mm×4mm×3mm尺寸的方形樣品，再依次將樣品依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂紙仔細研磨，再使用拋光機進行拋光。采用hv-1000型顯微硬度計測試試樣的硬度，該顯微硬度計的試驗力為9.807n(1kgf)，加載15s。試樣選取7個不同位置測量其顯微硬度，去掉最高硬度值和最低硬度值，取其余硬度值的平均數(shù)值作為試樣的顯微硬度值，最后得到該合金的顯微硬度值為918.6hv。4）合金的耐腐蝕性能。利用線切割將獲得的鑄錠切割成4mm×4mm×3mm尺寸的方形樣品，再依次將樣品依次使用800＃、1200＃、1500＃和2000＃的金相砂紙仔細研磨，再使用拋光機進行拋光。將研磨拋光好的樣品放入酒精中用超聲波清洗儀清洗30min，并干燥稱量，之后將樣品分別全浸入濃度為5%、15%、30%的hno3溶液以及3.5%的nacl溶液中，保持6h、12h、24h、48h、96h后取出，分析腐蝕前后試樣表面狀態(tài)及重量變化。從表1中看出，合金在不同腐蝕液中的質(zhì)量變化很小，且合金的表面幾無改變，表明本申請制備的crmonbtav高熵合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。表1實例中crmonbtav高熵合金在3.5%的nacl溶液以及5%、15%、30%的hno3溶液中浸泡96h后的質(zhì)量變化腐蝕溶液3.5%nacl5%hno315%hno330%hno3腐蝕前質(zhì)量/g0.40840.39740.41770.3560腐蝕后質(zhì)量/g0.40850.39800.41800.3567質(zhì)量變化/g0.00010.00060.00030.0007當前第1頁12