一种高熵合金及其制备方法

本申请涉及合金制备，且特别涉及一种高熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、提高金属合金的耐磨性可以增加摩擦磨损部件的寿命，如汽车高铁的轴承、人工植入关节等。在一般情况下，提高材料的表面硬度，可以提高耐磨性能。然而，材料硬度的提高往往会降低材料的韧性，进而导致在重复磨损过程中，材料亚表面会产生裂纹导致材料出现疲劳断裂，降低材料的耐磨性能。

2、近年来，高熵合金或称多主元合金、成分复杂合金等由于其良好的综合性能(如高的强韧性，等温韧性较好，耐磨性能、耐腐蚀性能优异)，越来越受到人们的重视。目前，由电弧熔炼制备的铸态tizrnbmota高熵合金，由于其良好的生物相容性、低模量、高强度等优点，是一种具有应用前景的材料，比如作为生物植入体。然而，该合金的耐磨性能与传统的钛合金如ti6al4v合金接近，因此耐磨性能还有待提高，限制了该合金的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种高熵合金及其制备方法，以改善目前由电弧熔炼制备的铸态tizrnbmota高熵合金耐磨性较低的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种高熵合金，高熵合金由ti、zr、nb、mo、ta组成，高熵合金由bcc和hcp双相组成。

3、在摩擦过程中，bcc和hcp双相协调变形，会在合金亚表面形成层状组织，稳定的纳米层状结构可以通过抑制磨损过程中的非均匀塑性变形引起的裂纹，进而显著提高合金耐磨性，从而实现高熵合金兼具较高的硬度与耐磨性。

4、在本申请的部分实施例中，高熵合金中各组分的摩尔百分含量为：15％-25％的ti、15％-25％的zr、15％-25％的nb、15％-25％的mo、15％-25％的ta，所有组分的总和为100％。

5、在本申请的部分实施例中，高熵合金中各组分的摩尔百分含量为：16％-20％的ti、20％-25％的zr、15％-20％的nb、18％-25％的mo、18％-20％的ta，所有组分的总和为100％。

6、在本申请的部分实施例中，高熵合金的晶粒尺寸不大于1μm。

7、可选地，高熵合金的晶粒尺寸为100nm-1μm。

8、高熵合金的晶粒越细，则具有更高的硬度和耐磨性。

9、第二方面，本申请实施例提供了一种如第一方面提供的高熵合金的制备方法，包括：

10、(1)按摩尔百分含量称取ti、zr、nb、mo、ta粉体和球磨体混合均匀并球磨，得到tizrnbmota合金粉，其中，所述tizrnbmota合金粉的晶粒尺寸不大于100nm；

11、(2)将tizrnbmota合金粉装入模具中，再将模具放入真空环境中，对模具内的tizrnbmota合金粉施加压力，于1000-1100℃保温5-10min进行放电等离子体烧结。

12、通过球磨适宜时间，使球磨后的tizrnbmota合金粉具有超细晶粒，再于适宜条件进行放电等离子体烧结，制得的tizrnbmota高熵合金形成bcc和hcp双相超细晶；在摩擦过程中，bcc和hcp双相协调变形，会在合金亚表面形成层状组织，稳定的纳米层状结构可以通过抑制磨损过程中的非均匀塑性变形引起的裂纹，进而显著提高合金耐磨性，从而实现高熵合金兼具较高的硬度与耐磨性。

13、在本申请的部分实施例中，所述步骤(1)中于1000-1500rpm球磨9-18h。球磨适宜时间，以使球磨得到的tizrnbmota合金粉的晶粒尺寸不大于100nm。

14、在本申请的部分实施例中，步骤(2)中于1050-1100℃保温5-10min进行放电等离子体烧结。在适宜温度下放电等离子体烧结适宜时间，可以既保证促进合金元素偏析以形成bcc-hcp双相微观组织，又保证合金的晶粒较细。

15、在本申请的部分实施例中，步骤(2)中对模具内的tizrnbmota合金粉施加压力30-60mpa。施加适宜的压力使合金烧结更致密，减少空洞。

16、在本申请的部分实施例中，步骤(1)于惰性气体环境中进行球磨。

17、在本申请的部分实施例中，放电等离子体烧结以100-200℃/min的升温速率升至400-600℃，再以100-200℃/min的升温速率升至800-1000℃，再以50-100℃/min的升温速率升至1050-1100℃进行放电等离子体烧结，烧结完成后随炉冷却。利于较准确控制放电等离子体烧结温度，既保证促进合金元素偏析，又保证合金的晶粒较细。

1.一种高熵合金，其特征在于，所述高熵合金由ti、zr、nb、mo、ta组成，所述高熵合金由bcc和hcp双相组成。

2.根据权利要求1所述的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金中各组分的摩尔百分含量为：15％-25％的ti、15％-25％的zr、15％-25％的nb、15％-25％的mo、15％-25％的ta，所有组分的总和为100％。

3.根据权利要求2所述的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金中各组分的摩尔百分含量为：16％-20％的ti、20％-25％的zr、15％-20％的nb、18％-25％的mo、18％-20％的ta，所有组分的总和为100％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的晶粒尺寸不大于1μm。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中于1000-1500rpm球磨9-18h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中于1050-1100℃保温5-10min进行放电等离子体烧结。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中对模具内的所述tizrnbmota合金粉施加压力30-60mpa。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)于惰性气体环境中进行球磨。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烧结以100-200℃/min的升温速率升至400-600℃，再以100-200℃/min的升温速率升至800-1000℃，再以50-100℃/min的升温速率升至1050-1100℃烧结，烧结完成后随炉冷却。