CN114622121A - 一种中熵合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中熵合金，包括44％～60.7％的Mg、21.2％～23％的Al、10.1％～15.1％的Li、1.1％～21.1％的Ca、0.7％～0.8％的Si以及2.9％～3.1％的Mn；一种中熵合金的制备方法，包括以下步骤：S1，称取原材料；S2，打磨预热原材料；S3，将预热后的原材料投入真空感应炉的熔炼坩埚中；S4，对真空感应炉抽真空后，再充入保护气体；S5，对真空感应炉加热熔炼合金，待完全熔化后保温3分钟浇铸到模具中，从而获得最终的中熵合金，本发明公开了超轻高强的中熵合金及其制备方法，能满足一些特殊的领域，如航天航空或者超轻仪器对轻量化及强度提出的要求。
Description
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及金属材料领域，尤其涉及一种中熵合金及其制备方法。
背景技术
众所周知，传统的合金材料一直是以一种金属元素为主，以添加不同的合金元素从而获得具有某些特殊性能的合金，例如常见的钢铁材料，铝合金以及钛合金等。但是，添加过多的合金元素种类会形成脆性金属化合物和复杂相，导致合金性能变差。随着现代社会科技的迅速发展对材料的性能需求越来越高，传统的合金难以满足需求。高、中熵合金是近年来发展起来的有别于传统合金的新型合金材料。高熵合金混合熵(ΔSmix)＞1.6R，一般由五种或五种以上的合金元素组成的，其原子百分比不超过35％，具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的鸡尾酒效应。然而许多高熵合金的成本高，性能不稳定，很难将其进行工业化生产。中熵合金(1.6R≥ΔSmix≥1R)的混合熵介于低熵合金与高熵合金之间，不仅具有优秀的力学性能，还更容易进行产业化，具有广阔的应用前景。
目前对中熵合金的耐腐蚀性、耐高温性以及高硬度高强度等多种性能有较多研究，但其密度大多大于7.5g/cm3，难以满足某些特殊部件对超轻高强材料的要求，综上所述，本申请现提出一种中熵合金及其制备方法来解决上述出现的问题。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种中熵合金及其制备方法，以解决背景技术中提出的问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种中熵合金，包括44％～60.7％的Mg、21.2％～23％的Al、10.1％～15.1％的Li、1.1％～21.1％的Ca、0.7％～0.8％的Si以及2.9％～3.1％的Mn。
优选的，包括50％的Mg、23％的Al、13％的Li、10.25％的Ca、0.75％的Si以及3％的Mn。
优选的，包括60％的Mg、13％的Al、13％的Li、10.25％的Ca、0.75％的Si以及3％的Mn。
优选的，包括45％的Mg、23％的Al、13％的Li、15.25％的Ca、0.75％的Si以及3％的Mn。
一种中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称取按要求的成分含量，称取纯镁、纯铝、纯锂、Mg-30Ca中间合金、Mg-5Si中间合金、Mg-10Mn中间合金备用；
S2，将纯镁、纯铝、Mg-30Ca中间合金、Mg-5Si中间合金、Mg-10Mn中间合金打磨去除表面氧化皮并放入干燥炉中预热备用；
S3，将步骤S2中预热好的原料与纯锂放入真空感应炉的熔炼坩埚中；
S4，对真空感应炉抽真空后，再充入保护气体；
S5，对真空感应炉加热熔炼合金，待完全熔化后保温3分钟浇铸到模具中，从而获得最终的中熵合金。
更为优选的，所述步骤S2中的原材料在温度200℃的干燥炉中预热2h。
更为优选的，所述步骤S4中真空感应炉在放入原材料前先预热至350℃，再进行抽真空至压强达到5*10-2Pa，同时停止抽真空；所述步骤S4中在停止抽真空后，充入的保护气体为Ar，充入保护气体后，加热升温至温度达到710℃。
从上面所述可以看出，本发明的有益效果：本发明公开了超轻高强的中熵合金及其制备方法，能满足一些特殊的领域，如航天航空或者超轻仪器对轻量化及强度提出的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个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，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，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。
图1为本发明实施例四制备的超轻中熵合金低倍下的SEM扫描照片；
图2为本发明实施例四制备的超轻中熵合金高倍下的SEM扫描照片。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
实施例
请参阅图1-图2，一种中熵合金，包括：44％～60.7％的Mg、21.2％～23％的Al、10.1％～15.1％的Li、1.1％～21.1％的Ca、0.7％～0.8％的Si以及2.9％～3.1％的Mn。
一种中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称取按要求的成分含量，称取纯镁、纯铝、纯锂、Mg-30Ca中间合金、Mg-5Si中间合金、Mg-10Mn中间合金备用；
S2，将纯镁、纯铝、Mg-30Ca中间合金、Mg-5Si中间合金、Mg-10Mn中间合金打磨去除表面氧化皮并放入温度为200℃的干燥炉中预热2h后备用；
S3，对真空感应炉内部进行预热至350℃，将步骤S2中预热好的原料与纯锂放入真空感应炉的熔炼坩埚中；
S4，将真空感应炉抽真空至压强达到5*10-2Pa，再充入保护气体Ar；
S5，对真空感应炉加热升温至温度达到710℃进行熔炼合金，待完全熔化后保温3分钟浇铸到模具中，然后自然冷却，获得最终的产物中熵合金。
| Al | Li | Mg | Ca | Si | Mn | |
| 参照例1 | 22.44 | 15.012 | 60.654 | 1.11 | 0.78 | |
| 参照例2 | 22.95 | 10.92 | 59.95 | 2.27 | 0.8 | 3.11 |
| 参照例3 | 22.19 | 10.55 | 52.55 | 10.97 | 0.77 | 3.01 |
| 参照例4 | 21.24 | 10.11 | 44 | 21.03 | 0.74 | 2.88 |
表1
按上表中的原材料成分比例，按实施例中的步骤进行制备，分别得到中熵合金产物。
采用相同的方法进行测试，用不同型号的砂纸逐级进行粗磨，细磨至#1600，随后进行机械抛光至表面无明显划痕，用金相腐蚀剂对合金进行腐蚀，利用光学显微镜(OM)对其微观组织进行观察，再用显微硬度机进行硬度测试，算出密度值，用扫描电子显微镜(SEM)观察微观组织结构，得到如下表所示的密度和硬度。
| 参照例1 | 参照例2 | 参照例3 | 参照例4 | |
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 1.4 | 1.48 | 1.54 | 1.51 |
| 硬度(HV) | 80 | 95.08 | 145.01 | 194.7 |
表2
各参照例总结：
(1)参照例1-4得到的中熵合金密度差别不大，均小于2g/cm3，属于超轻材料。
(2)参照例1-4得到的中熵合金硬度都很高，均大于80HV，具有很高的强度。
(3)从表1中对比参照例1-2可得出结论，合金中添加Mn元素可显著提高合金的硬度。
(4)从表1中对比参照例2-4能看出，合金中Ca元素也影响合金的硬度，随着Ca元素含量的增加，合金硬度越来越大，说明该合金的强度越来越高。
(5)从图1和图2中可以看出参照例4提供的合金，表面无明显瑕疵，不规则块状分布较多，力学性能(硬度等)理论上应该十分优异。
应用本发明公开的方法制备的中熵合金实施例4的性能最好，具有超轻，高强的优异力学性能，也表明这种简单的制备方法可靠性高，同时适用于工业化生产。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种中熵合金，其特征在于，包括：
Mg，44％～60.7％；
Al，21.2％～23％；
Li，10.1％～15.1％；
Ca，1.1％～21.1％；
Si，0.7％～0.8％；以及
Mn，2.9％～3.1％。
2.根据权利要求1所述的一种中熵合金，其特征在于，包括：
Mg，50％；
Al，23％；
Li，13％；
Ca，10.25％；
Si，0.75％；以及
Mn，3％。
3.根据权利要求1所述的一种中熵合金，其特征在于，包括：
Mg，60％；
Al，13％；
Li，13％；
Ca，10.25％；
Si，0.75％；以及
Mn，3％。
4.根据权利要求1所述的一种中熵合金，其特征在于，包括：
Mg，45％；
Al，23％；
Li，13％；
Ca，15.25％；
Si，0.75％；以及
Mn，3％。
5.根据以上权利要求1-4任一项所述的一种中熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，分别称取按要求的成分含量，称取纯镁、纯铝、纯锂、Mg-30Ca中间合金、Mg-5Si中间合金、Mg-10Mn中间合金备用；
S2，将纯镁、纯铝、Mg-30Ca中间合金、Mg-5Si中间合金、Mg-10Mn中间合金打磨去除表面氧化皮并放入干燥炉中预热备用；
S3，将步骤S2中预热好的原料与纯锂放入真空感应炉的熔炼坩埚中；
S4，对真空感应炉抽真空后，再充入保护气体；
S5，对真空感应炉加热熔炼合金，待完全熔化后保温3分钟浇铸到模具中，从而获得最终的中熵合金。
6.根据权利要求5所述的一种中熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的原材料在温度200℃的干燥炉中预热2h。
7.根据权利要求5所述的一种中熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中真空感应炉在放入原材料前先预热至350℃，再进行抽真空至压强达到5*10-2Pa，同时停止抽真空；
所述步骤S4中在停止抽真空后，充入的保护气体为Ar，充入保护气体后，加热升温至温度达到710℃。
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