CN106222517B - 一种TiCuAlCrMoNb高熵合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种TiCuAlCrMoNb高熵合金及其制备方法，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，a、b、c、d、e和f分别代表对应各元素的摩尔配比，0.3≤a≤1.5，0.2≤b≤1.2，0.2≤c≤1.5，0.05≤d≤1.2，0≤e≤1.2，0.05≤f≤1.2。本发明通过非自耗真空电弧熔炼工艺或电磁悬浮熔炼工艺制备出显微硬度不低于600HV、耐海水腐蚀、具备一定防污功能的高熵合金材料，弥补传统高熵合金的不足，满足未来船舶材料应用需求。

Description

一种TiCuAlCrMoNb高熵合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高熵合金技术领域，具体涉及一种TiCuAlCrMoNb高熵合金及其制备方法。
背景技术
海水管路***分布于船舶的各部位，主要向全船提供冷却海水和消防水，并提供船舶压载水***所需的压载水，保证船舶关键设备的正常运行，其数量多、间距小、维修保养复杂，且大多数处于潮湿、高温、高盐度的恶劣环境中，服役工况恶劣。钛合金具有密度小、比强度高、无磁，耐海水腐蚀等优点，在船舶领域具有广阔的应用前景。现有船用钛及钛合金屈服强度一般在1150MPa以下，不能满足深海装备对高强钛合金应用需求；而且钛具有良好的生物相容性，容易发生海生物污损，当海生物在海水管路内壁堆积时，将造成管路、泵、阀、换热器等部件堵塞，影响海水流速和换热效率。
高熵合金（High Entropy Alloys）是20世纪90年代提出的一种新的合金设计理念，又称为高混乱度合金，其是以多种金属元素皆占有高原子百分比为特点的合金，突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，具备热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、晶体结构上的晶格错配效应和性能上的鸡尾酒效应等四大效应，可根据需求设计新型合金材料，具有高强度、高硬度、耐磨、耐高温氧化、耐腐蚀等特点。
目前报道较多的高熵合金是以CoCrFeMnNi为代表的面心立方（FCC）固溶体结构的合金，加有Cu、Al等；另一类为高熔点的单一体心立方（BCC）固溶体结构NbMoTaW和VNbMoTaW高熵合金。针对船舶服役工况的研究尚属空白，而且现有高熵合金材料仅侧重于单一的高强高韧，或单一的耐腐蚀性能研究，缺少集高强高韧、耐海水腐蚀和防污性能良好匹配的合金材料，急需开展高强高韧耐蚀高熵合金探索性研究，满足未来船舶装备的应用需求。
发明内容
本发明为了克服现有高熵合金不具备防污功能，以及船用钛合金强度偏低、容易发生海生物污损的不足，提供了一种TiCuAlCrMoNb高熵合金及其制备方法。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，其特征在于：该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，a、b、c、d、e和f分别代表对应各元素的摩尔配比，0.3≤a≤1.5，0.2≤b≤1.2，0.2≤c≤1.5，0.05≤d≤1.2，0≤e≤1.2，0.05≤f≤1.2。
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将海绵钛、Cu材料、Al材料和Cr材料置于容器内，再分别以Al-Mo/Ti-Mo、Al-Nb/Ti-Nb中间合金的形式在容器中加入Mo、Nb、Al和/或Ti后，进行超声处理，备用；
步骤二、按照所述的组分，称取等摩尔量或等倍数摩尔配比的步骤一得到的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料、Al-Nb/Ti-Nb材料；
步骤三、取海绵钛放入水冷铜模的一个熔炼池内，再将步骤二称取的剩余各材料按照材料的熔点由低到高自下而上的顺序依次放置到水冷铜模的另一个熔炼池内，备用；按照材料的熔点由低到高自下而上的顺序依次放置，保证熔炼均匀性；
步骤四、将熔炼炉内部的真空室抽真空至5×10-3Pa，然后充入氩气至0.01Pa，该步骤重复三次以上以清洗真空室；
步骤五、分别熔炼海绵钛和另一个熔炼池中的Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料，依次浇铸后得到铸块A和合金铸块B，将铸块A和合金铸块B放置在一起后，熔炼3~5次，每次熔炼后翻转样品180°后进行同样方法的熔炼，随炉冷却后，制得TiCuAlCrMoNb高熵合金。
进一步地，步骤一采用的Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料的纯度均为99.9%以上。
进一步地，步骤一中的超声处理的方法为：在容器内加入丙酮至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，去除表面附着的油污及杂质；随后再将去除杂质后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料分别置于容器内，加入无水乙醇至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，然后置于烘箱中烘干，得到超声处理后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料。
进一步地，步骤四的真空室中，氩气的纯度≥99.999%，含氧量≤1.5ppm，含氮量≤50ppm，含碳量≤4ppm，含水量≤3ppm。
本发明的步骤五中，利用非自耗真空电弧熔炼工艺进行熔炼，其中，海绵钛200~400A熔炼电流下熔炼1~2min，得到合金铸块A；在200~400A电流下熔炼另一个熔炼池内的Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料1~2min，得到合金铸块B。
本发明的步骤五中，采用电磁悬浮熔炼工艺对海绵钛以及另一个熔炼池内Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料进行熔炼，依靠电磁场和感应电流之间相互作用形成的洛伦兹力把金属熔体悬浮起来，利用交变电磁场在线圈内产生的感应电流加热熔化金属。
本发明中，Mo和Nb元素熔点较高，熔炼时选用Al-Mo或Ti-Mo、Al-Nb或Ti-Nb的中间合金代替纯金属。钛是本专利高熵合金的一个主要元素，一部分或者全部的Ti的来源为海绵钛，海绵钛一般是现有的由金属热还原法生产出的海绵状金属钛，纯度不小于99.8%，因海绵钛较为疏松，为防止直接熔炼时海绵钛挥发物对合金性能产生影响，步骤五中，先把海绵钛熔炼成铸块，再与Cu、Al、Cr、Mo、Nb其他元素熔体充分互熔，获得杂质元素特别是O元素含量较低的高熵合金铸锭。
本发明中，Ti元素有利于提高合金的固溶强化、晶格畸变特性，Cu元素具备防污功能，可改善合金的防污特性，而且Cu为面心立方晶体结构，在高于354℃时，两者可形成面心立方结构的完全固溶体组织，提高合金的韧性，因此Ti、Cu是设计合金的首选主元。Al具有面心立方晶体结构，随Al元素含量增加，会引起合金的晶体结构逐渐由FCC向FCC＋BCC转化，因此Al含量不易过高。Cr、Mo（难熔金属）能促进合金由FCC向BCC转变，有利于提高合金的强度，同时，Cr、Mo、Ti是耐蚀合金常用元素，在合金表面易于形成致密氧化膜而提高合金的耐蚀性能，Nb对合金冲击韧性改善有利。
有益效果：1、本发明在Ti、Cu元素的基础上，拟选择易于提高合金强度的合金化元素Al、Cr、Mo和易于提高合金韧性的元素Nb作为合金的主要元素，制备TiCuAlCrMoNb高熵合金体系。合金中的Ti、Cr、Mo生成的耐蚀合金，利于增强合金的耐蚀性能；Cu、Cr、Mo、Nb摩尔百分数较小，能够获得密度较小的高熵合金；同时，Mo为高熔点难熔金属元素，能促进合金由FCC向BCC转变，有利于提高合金的强度。
2、本发明通过非自耗真空电弧熔炼工艺或电磁悬浮熔炼工艺制备出显微硬度不低于600HV、耐海水腐蚀、具备一定防污功能的高熵合金材料，弥补传统高熵合金的不足，满足未来船舶材料应用需求。合金熔炼时控制熔炼真空度、熔炼电流和熔炼次数，制备出TiCuAlCrMoNb高熵合金。
3、本发明制备的高熵合金密度较小，强度、硬度高，耐海水腐蚀性能优良，并具备一定的防污功能。研制合金的屈服强度Rp0.2≥1350MPa，抗拉强度Rm≥1500MPa，延伸率A≥10%，硬度≥600HV，60℃海水中浸泡均匀腐蚀率≤0.001mm/a，铜离子溶出率大于10ppb，，具有较高的强度、硬度、塑韧性，优良的耐海水腐蚀性能，并具备一定的防污功能，弥补了传统高熵合金综合性能差，以及现有钛合金不防污的缺点，解决了高熵合金中固溶体相形成和相转变控制，高熵合金力学性能、密度与耐蚀性能匹配调控等关键技术，在船舶/深海装备海水管路***具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，a、b、c、d、e和f分别代表对应各元素的摩尔配比，0.3≤a≤1.5，0.2≤b≤1.2，0.2≤c≤1.5，0.05≤d≤1.2，0≤e≤1.2，0.05≤f≤1.2。
实施例1
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，任意两元素的摩尔比为1：1。
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
一、超声处理：将海绵钛、Cu材料、Al材料和Cr材料置于容器内，再分别以Al-Mo/Ti-Mo、Al-Nb/Ti-Nb中间合金的形式在容器中加入Mo、Nb、Al和/或Ti后，加入丙酮至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，去除表面附着的油污及杂质；随后再将去除杂质后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料置于容器内，加入无水乙醇至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，置于烘箱中烘干，得到超声处理后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料。
二、配料：称取所述组分，等摩尔量的称取步骤一得到的超声处理后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料；
三、高熵合金熔炼：①将海绵钛放入水冷铜模的一个熔炼池内，再将步骤二称取的超声处理后的Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料放在冷水铜模另一个熔炼池内，按材料熔点由低到高自下而上依次放置，保证熔炼均匀性；其中，自下而上放置顺序为Al、Cu、Cr、Al-Nb/Ti-Nb、Al-Mo/Ti-Mo；
②水冷铜模位于熔炼炉内，将熔炼炉内部的真空室抽真空至5×10-3Pa，然后充入高纯氩气至0.01Pa，该过程重复三次以上以清洗真空室。其中，真空室中的高纯氩气的纯度≥99.999%，含氧量≤1.5ppm，含氮量≤50ppm，含碳量≤4ppm，含水量≤3ppm；
③首先，在熔炼电流为200～400A的条件下熔炼海绵钛1～2min，得到铸块A，其次，将步骤二称取的超声处理后Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料在200～400A电流下熔炼1～2min，得到合金铸块B，随后将铸块A和合金铸块B放置在一起熔炼3～5次，每次熔炼后翻转样品180°后进行同样的电弧熔炼，随炉冷却后，得到TiCuAlCrMoNb高熵合金。
本实施例所得的TiCuAlCrMoNb高熵合金，密度为5.23g/cm3，显微硬度为796HV，屈服强度为1510MPa，抗拉强度为1980MPa，延伸率为13.0%。60℃海水中浸泡60天，合金均匀腐蚀率为0.0003mm/a，铜离子溶出量为390ppb，具备一定的防污效果。
实施例2
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，摩尔百分数为a为1mol、b为0.5mol、c为1mol、d为0.2mol、e为0.3mol、f为0.5mol。
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
一、超声处理：将海绵钛、Cu材料、Al材料和Cr材料置于容器内，再分别以Ti-Mo、Al-Nb中间合金的形式在容器中加入Mo、Nb、Al和Ti后，加入丙酮至各材料全部被淹没后，超声清洗15~18min，去除表面附着的油污及杂质；随后再将去除杂质后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Ti-Mo材料和Al-Nb材料置于容器内，加入无水乙醇至各材料全部被淹没后，超声清洗15~18min，置于烘箱中烘干，得到超声处理后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Ti-Mo材料和Al-Nb材料。
二、配料：称取所述组分，各元素等摩尔量的称取步骤一得到的超声处理后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Ti-Mo材料和Al-Nb材料；
三、高熵合金熔炼：①将海绵钛放入水冷铜模的一个熔炼池内，再将步骤二称取的超声处理后的Cu材料、Al材料、Cr材料、Ti-Mo材料和Al-Nb材料放在冷水铜模另一个熔炼池内，按材料熔点由低到高自下而上依次放置，保证熔炼均匀性；其中，自下而上放置顺序为Al、Cu、Cr、Al-Nb、Ti-Mo；
②水冷铜模位于熔炼炉内，将熔炼炉内部的真空室抽真空至5×10-3Pa，然后充入高纯氩气至0.01Pa，该过程重复三次以上以清洗真空室。其中，高纯氩气的纯度≥99.999%，含氧量≤1.5ppm，含氮量≤50ppm，含碳量≤4ppm，含水量≤3ppm；
③首先，在熔炼电流为200～250A的条件下熔炼海绵钛1～2min，其次，将步骤二称取的超声处理后Cu材料、Al材料、Cr材料、Ti-Mo材料和Al-Nb材料在200～250A电流下熔炼1～2min，得到铸块，随后将两者放置在一起熔炼3～5次，每次熔炼后翻转样品180°后进行同样的电弧熔炼，随炉冷却后，得到TiCu0.5AlCr0.2Mo0.3Nb0.5高熵合金。
本实施例所得的TiCu0.5AlCr0.2Mo0.3Nb0.5高熵合金，密度为4.96g/cm3，显微硬度为752HV，屈服强度为1490MPa，抗拉强度为1965MPa，延伸率为14.5%。60℃海水中浸泡60天，合金均匀腐蚀率为0.00035mm/a，铜离子溶出量为315ppb，具备一定的防污效果。
实施例3
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，摩尔百分数为a为0.9mol、b为0.6mol、c为0.2mol、d为0.5mol、e为0mol、f为0.05mol。
一种TiCuAlCrNb高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将海绵钛、Cu材料、Al材料和Cr材料置于容器内，再分别以Ti-Nb中间合金的形式在容器中加入Nb、Ti后，加入丙酮至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，去除表面附着的油污及杂质；随后再将去除杂质后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、和Ti-Nb材料分别置于容器内，加入无水乙醇至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，然后置于烘箱中烘干，得到超声处理后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料和Ti-Nb材料；
步骤二、按照所述的组分，称取等摩尔量或一定摩尔配比的步骤一得到的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料和Ti-Nb材料；
步骤三、取海绵钛放入水冷铜模的一个熔炼池内，再将步骤二称取的Cu材料、Al材料、Cr材料和Ti-Nb材料按照材料熔点由低到高自下而上依次放置到水冷铜模另一个熔炼池内，备用；其中，自下而上放置顺序为Al、Cu、Cr、Ti-Nb；
步骤四、将熔炼炉内部的真空室抽真空至5×10-3Pa，然后充入氩气至0.01Pa，该步骤重复三次以上以清洗真空室；
步骤五、利用非自耗真空电弧熔炼工艺分别在250~400A熔炼电流下熔炼海绵钛1~2min，浇铸后得到铸块A；另一个熔炼池中的Cu材料、Al材料、Cr材料和Ti-Nb材料在250~400A熔炼电流下熔炼1~2min，浇铸后得到合金铸块B，将铸块A和合金铸块B放置在一起按照前述方法熔炼4~5次，每次熔炼后翻转样品180°后进行同样方法的熔炼，随炉冷却后，制得Ti0.9Cu0.6Al0.2Cr0.5Nb0.05高熵合金。
本实施例所得的Ti0.9Cu0.6Al0.2Cr0.5Nb0.05高熵合金，密度为4.81g/cm3，显微硬度为817HV，屈服强度为1410MPa，抗拉强度为1950MPa，延伸率为17.5%。60℃海水中浸泡60天，合金均匀腐蚀率为0.0005mm/a，铜离子溶出量为280ppb，具备一定的防污效果。
实施例4
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，摩尔百分数为a为0.9mol、b为0.6mol、c为1.2mol、d为0.7mol、e为0mol、f为0.3mol。
一种TiCuAlCrNb高熵合金的制备方法，制备方法的步骤一至步骤四同实施例1，实施例4中，采用电磁悬浮熔炼工艺对海绵钛以及另一个熔炼池内Cu材料、Al材料、Cr材料和Al-Nb材料进行熔炼，依靠电磁场和感应电流之间相互作用形成的洛伦兹力把金属熔体悬浮起来，利用交变电磁场在线圈内产生的感应电流加热熔化金属；然后将得到的铸块A和合金铸块B放置在一起按照电磁悬浮熔炼工艺熔炼3~5次，每次熔炼后翻转样品180°后进行同样方法的熔炼，铸锭成分更加均匀。随炉冷却后，制得Ti0.9Cu0.6Al1.2Cr0.7Nb0.3高熵合金。
本实施例所得的Ti0.9Cu0.6Al1.2Cr0.7Nb0.3高熵合金，密度为4.86g/cm3，显微硬度为832HV，屈服强度为1425MPa，抗拉强度为1965MPa，延伸率为15.2%。60℃海水中浸泡60天，合金均匀腐蚀率为0.00048mm/a，铜离子溶出量为245ppb，具备一定的防污效果。
本发明中，电磁悬浮熔炼工艺：利用电磁力悬浮技术使熔融的合金溶液悬浮起来，其中，线圈中通高频交流电，熔炼电流为80~120A；线圈周围通高频交变磁场，物料内产生感应涡流，悬浮力与物料自重达到力平衡状态。
实施例5
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，摩尔百分数为a为0.3mol、b为0.2mol、c为1.5mol、d为1.2mol、e为0.7mol、f为0.05mol。其制备方法同实施例3，其中采用的原料为海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo材料、Ti-Nb材料，制备得到Ti0.3Cu0.2Al1.5Cr1.2Mo0.7Nb0.05高熵合金。
本实施例所得的Ti0.3Cu0.2Al1.5Cr1.2Mo0.7Nb0.05高熵合金，密度为5.28g/cm3，显微硬度为720HV，屈服强度为1410MPa，抗拉强度为1865MPa，延伸率为12.7%。60℃海水中浸泡60天，合金均匀腐蚀率为0.0006mm/a，铜离子溶出量为76ppb，具备一定的防污效果。
实施例6
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，摩尔百分数为a为1.5mol、b为1.2mol、c为0.8mol、d为0.05mol、e为1.2mol、f为1.2mol。其制备方法同实施例1，其中采用的原料为海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo材料、Al-Nb材料，制备得到Ti1.5Cu1.2Al0.8Cr0.05Mo1.2Nb1.2高熵合金。
本实施例所得的Ti1.5Cu1.2Al0.8Cr0.05Mo1.2Nb1.2高熵合金，密度为4.79g/cm3，显微硬度为745HV，屈服强度为1450MPa，抗拉强度为1878MPa，延伸率为11.2%。60℃海水中浸泡60天，合金均匀腐蚀率为0.0002mm/a，铜离子溶出量为560ppb，具备一定的防污效果。
实施例7
一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，摩尔百分数为a为0.6mol、b为0.7mol、c为0.2mol、d为0.6mol、e为0.5mol、f为0.6mol。其制备方法同实施例1，其中采用的原料为海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Ti-Mo材料、Ti-Nb材料，制备得到Ti0.6Cu0.7Al0.2Cr0.6Mo0.5Nb0.6高熵合金。
本发明制备的高熵合金耐海水腐蚀性能优良，并具备一定的防污功能，弥补传统高熵合金仅侧重于单一高强或单一耐腐蚀性的不足，获得强度、硬度、塑韧性、耐腐蚀和防污性能良好匹配的合金材料，填补了高熵合金在船舶领域的研究空白，拓展新的应用方向，为高熵合金未来船舶领域工程化应用可行性奠定理论基础。

Claims (7)

1.一种TiCuAlCrMoNb高熵合金，其特征在于：该高熵合金的组分为TiaCubAlcCrdMoeNbf，其中，a、b、c、d、e和f分别代表对应各元素的摩尔配比，0.3≤a≤1.5，0.2≤b≤1.2，0.2≤c≤1.5，0.05≤d≤1.2，0≤e≤1.2，0.05≤f≤1.2。
2.制备如权利要求1所述的一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将海绵钛、Cu材料、Al材料和Cr材料置于容器内，再分别以Al-Mo/Ti-Mo、Al-Nb/Ti-Nb中间合金的形式在容器中加入Mo、Nb、Al和/或Ti后，进行超声处理，备用；
步骤二、按照所述的组分，称取等摩尔量或等倍数摩尔配比的步骤一得到的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料、Al-Nb/Ti-Nb材料；
步骤三、取海绵钛放入水冷铜模的一个熔炼池内，再将步骤二称取的剩余各材料按照材料的熔点由低到高自下而上的顺序依次放置到水冷铜模的另一个熔炼池内，备用；
步骤四、将熔炼炉内部的真空室抽真空至5×10-3Pa，然后充入氩气至0.01Pa，该步骤重复三次以上以清洗真空室；
步骤五、分别熔炼海绵钛和另一个熔炼池中的Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料，依次浇铸后得到铸块A和合金铸块B，将铸块A和合金铸块B放置在一起后，熔炼3~5次，每次熔炼后翻转样品180°后进行同样方法的熔炼，随炉冷却后，制得TiCuAlCrMoNb高熵合金。
3.根据权利要求2所述的一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，其特征在于：步骤一采用的Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料的质量百分比含量即纯度均为99.9%以上。
4.根据权利要求2所述的一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，其特征在于：步骤一中的超声处理的方法为：在容器内加入丙酮至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，去除表面附着的油污及杂质；随后再将去除杂质后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料分别置于容器内，加入无水乙醇至各材料全部被淹没后，超声清洗15~20min，然后置于烘箱中烘干，得到超声处理后的海绵钛、Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料。
5.根据权利要求2所述的一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，其特征在于：步骤四的真空室中，氩气的纯度≥99.999%，含氧量≤1.5ppm，含氮量≤50ppm，含碳量≤4ppm，含水量≤3ppm。
6.根据权利要求2所述的一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，其特征在于：步骤五中，利用非自耗真空电弧熔炼工艺进行熔炼，其中，海绵钛200~400A熔炼电流下熔炼1~2min，得到合金铸块A；在200~400A电流下熔炼另一个熔炼池内的Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料1~2min，得到合金铸块B。
7.根据权利要求2所述的一种TiCuAlCrMoNb高熵合金的制备方法，其特征在于：步骤五中，采用电磁悬浮熔炼工艺对海绵钛以及另一个熔炼池内Cu材料、Al材料、Cr材料、Al-Mo/Ti-Mo材料和Al-Nb/Ti-Nb材料进行熔炼，依靠电磁场和感应电流之间相互作用形成的洛伦兹力把金属熔体悬浮起来，利用交变电磁场在线圈内产生的感应电流加热熔化金属。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109913673B (zh) * 2019-03-13 2020-10-23 湘潭大学 耐熔铝腐蚀的高熵合金及其制备方法
CN109913732B (zh) * 2019-03-21 2021-06-08 大连理工大学 一种耐辐照fcc结构高熵合金
CN110273077A (zh) * 2019-07-12 2019-09-24 长沙理工大学 一种大尺寸难熔高熵合金的制备方法
CN111763847B (zh) * 2020-06-29 2021-07-06 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 一种使用磁悬浮熔炼工艺制备铜钛50中间合金的方法
CN111647767B (zh) * 2020-06-29 2021-07-20 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 一种使用磁悬浮熔炼工艺制备CuTi25中间合金的方法
CN112458352B (zh) * 2020-11-23 2022-11-11 北京航空航天大学 一种耐腐蚀的铝–过渡金属系双相高熵合金及其制备方法
CN113122756B (zh) * 2021-04-20 2022-03-22 西北工业大学 一种具有多级孪晶交错结构的钛铝合金及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1353204A (zh) * 2000-11-09 2002-06-12 叶均蔚 高乱度多元合金
CN101386928A (zh) * 2008-10-24 2009-03-18 昆明理工大学 一种含难混溶元素的高熵合金制备方法
CN102776430A (zh) * 2012-08-20 2012-11-14 太原理工大学 AlCoCrFeNiTix高熵合金材料及其制备方法
CN105862035A (zh) * 2016-06-25 2016-08-17 芜湖三刀材料科技有限公司 一种高熵合金涂层及制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6459272B2 (ja) * 2014-07-23 2019-01-30 日立金属株式会社 合金構造体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1353204A (zh) * 2000-11-09 2002-06-12 叶均蔚 高乱度多元合金
CN101386928A (zh) * 2008-10-24 2009-03-18 昆明理工大学 一种含难混溶元素的高熵合金制备方法
CN102776430A (zh) * 2012-08-20 2012-11-14 太原理工大学 AlCoCrFeNiTix高熵合金材料及其制备方法
CN105862035A (zh) * 2016-06-25 2016-08-17 芜湖三刀材料科技有限公司 一种高熵合金涂层及制备方法

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