本發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crmonbtizr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：
：傳統觀念對合金性能的理解在于，合金性能可以通過添加微量合金元素來改善和提高，如提高強度、硬度、抗壓強度、耐蝕性、熱穩定性等，但是這種方法并不是沒有缺點的，如果添加過多會導致出現大量脆性金屬間化合物甚至是脆性的復雜相，使得合金的機械性能降低。另外，化合物過多會對合金組織的研究產生不利的影響。因此，長期以來，學者在開發新型合金和改善合金的過程中，都是以一種合金元素為主元（一般超過50%），利用添加少量合金元素和改善工藝的方法，從而獲得優良的組織和性能的合金。但是隨著現今工業工程技術的高速發展，單一材料性能的不足已經成為制約其在工程領域進一步發展的一個難題。因此研發人員越來越傾向于采用高新技術開發制備高性能的新型材料，研究開發強度、韌性、硬度等各項性能皆優的新型材料，已成為材料領域發展的主要方向。高熵合金作為近年來出現并快速發展的一種新型高強度合金，受到了材料領域專家的高度關注。中國臺灣清華大學的葉均蔚等率先跳出傳統合金的發展框架，于2004年首次提出了多組元高熵合金的設計思想，多主元高熵合金一般具有5種或5種以上的主要元素，這些主要元素以等摩爾比或者近似等摩爾比配置。合金的混合熵極高，在凝固過程中，傳統多元合金中脆性相的析出被抑制，例如金屬間化合物；凝固后一般形成bcc或fcc結構的單一固溶體，大大降低了多元合金的脆性。多主元高熵合金打破了以一種合金元素為基的傳統合金設計模式，可通過合金成分優化設計，獲得具有顯微結構簡單化、納米析出物、非晶結構、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、耐回火軟化等優異的性能組合合金，廣泛應用于耐高壓、耐腐蝕化工容器及工程用高強度耐蝕件。技術實現要素：本發明的目的在于開發出具有優異性能的耐磨耐蝕高熵合金——crmonbtizr高熵合金，使其滿足在現代工業中人們對材料耐磨耐性性能的要求，使得高熵合金在應用領域得到廣泛應用。本發明為解決上述技術問題而采取的技術方案為：一種高熵合金材料，成分為crmonbtizr，其中，cr:mo:nb:ti:zr的摩爾比依次為：1:1:1:1:1。本發明為解決上述技術問題而采取的技術方案還包括：一種成分為crmonbtizr的高熵合金材料的制備方法，其特征在于具體是按以下步驟完成的：一、采用純度99.5%以上的冶金原料cr、mo、nb、ti和zr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；二、使用壓樣機將混合的粉末壓制成塊，供熔料制備合金使用；三、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槽內，并將純鈦粒放置在最中間的熔煉槽內，放置完畢之后關閉爐門，擰緊樣品室四個封閉旋鈕；四、對樣品室抽真空，當真空度達到5×10-3pa后，充入純度為99.99%氬氣直到爐內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；五、真空抽完之后充放氬氣直到爐內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；六、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，如此重復4次以上；七、熔煉完成之后，根據所需產品的尺寸形狀，可將重復熔煉后的合金液澆鑄在模具內，然后冷卻獲得。本發明的原理及有益效果在于：1.本發明提供了一種crmonbtizr高熵合金，所述高熵合金由簡單結構的固溶體相以及少量的laves相組成，合金組織均勻，具有較高的硬度和優異的耐腐蝕性能，該合金的顯微硬度高達689hv。具有廣闊的應用前景；2.本發明提供了一種crmonbtizr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。附圖說明圖1為實施例中制備的crmonbtizr高熵合金的x射線衍射圖譜。圖2為實施例中制備的crmonbtizr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容全面地了解本發明的優點及作用。1、crmonbtizr高熵合金成分設計。本實施方式是一種由cr、mo、nb、ti和zr五種元素組成的crmonbtizr高熵合金，其中，cr:mo:nb:ti:zr的摩爾比依次為：1:1:1:1:1。2、crmonbtizr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：本發明采用的合金冶煉原料為高純（純度在99.5%以上）cr、mo、nb、ti和zr元素，所用的原材料全部為粉末狀材料；2）稱重配粉：按照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外圍四個熔煉槽內，并將純鈦粒放置在最中間的熔煉槽內，放置完畢之后關閉爐門，擰緊樣品室四個封閉旋鈕；②對樣品室抽真空，當真空度達到5×10-3pa后，充入純度為99.99%氬氣直到爐內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，如此重復4次以上；⑤熔煉完成之后，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crmonbtizr高熵合金鑄錠。3、crmonbtizr高熵合金的組織結構及性能。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5mm×5mm×4mm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。設備技術規格：使用cu作為輻射源，石墨單色器，操作電壓40kv、電流250ma，自轉靶。掃描速率8°/min，選擇衍射角范圍為2θ=5-90°。利用mdi-jade6.0軟件分析實驗數據，確定物相。如圖1所示的crmonbtizr高熵合金的xrd測試結果顯示crmonbtizr高熵合金的主要組成相為體心立方結構固熔體相和少量的laves相。而這其中的laves相主要為crti2、mo3nb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5mm×5mm×4mm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crmonbtizr高熵合金生成的胞狀晶組織。3）顯微硬度測定及分析利用線切割將獲得的鑄錠切割成5mm×5mm×4mm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hzr-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值作為試樣的顯微硬度值，最終得到該合金的顯微硬度值為689hv。4）合金的耐腐蝕性能利用線切割將獲得的鑄錠切割成5mm×5mm×4mm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及重量變化。從表1中看出，合金在不同腐蝕液中的質量變化很小，且合金的表面幾無改變，表明本申請制備的crmonbtizr高熵合金具有優良的耐腐蝕性能。表1實例中crmonbtizr高熵合金在3.5%的nacl溶液以及5%、15%、30%的hno3溶液中浸泡96h后的質量變化腐蝕溶液3.5%nacl5%hno315%hno330%hno3腐蝕前質量/g0.73590.67760.76630.7219腐蝕后質量/g0.73600.67860.76680.7210質量變化/g0.00010.00100.0005-0.0009當前第1頁12