CN114231818A - 一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为AlxCoNiVTiy；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。本发明所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，将轻质金属元素Al与Ti作为改性金属，并进一步限定Al对应的化学计量比x＝0.2～1，Ti对应的化学计量比y＝0.1～1.6，使得本发明所述高熵合金具有轻质、高强度和强耐腐蚀性的特征，可应用于制备航空航天上耐腐蚀涂层和新能源汽车上耐腐蚀性新材料；此外，本发明所述高熵合金制备方法具有成本低廉、操作简单和易于工业化生产等优点。

Description

一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法。
背景技术
高熵合金是由四种或四种以上主元金属组成的新型合金，具有高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和“鸡尾酒效应”等特性。该类合金在力学性能、抗腐蚀性能以及高温抗氧化性能等方面具有优于传统合金的性能，且具有很高的灵活性和可设计性。这些优异的性能使得高熵合金在航空航天、机械等领域具有非常广阔的应用空间，尤其在航空航天领域以及新能源领域中，具有高比强度的轻质耐腐蚀合金具有重要的应用前景。
在碳达峰和碳中和的大背景下，高密度的合金作为结构材料，能耗大，不利于燃料能源的高效利用，而对于新能源汽车而言，轻量化高性能合金更是新能源汽车零部件首选，具有强耐腐蚀性的轻质合金，还可以作为耐腐蚀涂层。因此，开发具有低密度高硬度和强耐腐蚀性的高熵合金，有望作为新能源汽车高耐腐蚀零部件和飞机涂层的候选材料。
已有研究发现，对于大部分高熵合金，低密度元素Al钝化时容易形成多孔组织，对耐腐蚀性具有不利影响往往被舍弃。因此，设计强耐腐蚀性的高熵合金的主要依靠Cr、Ni等过渡元素的钝化作用，大量使用这类元素会导致合金密度变大，所以获得低密度和强耐腐蚀性的高熵合金成为难题。
现有技术公开了一些不同体系的高熵合金，例如CN 111440980A公开了一种含锆的高硬度耐腐蚀高熵合金材料及其制备方法，得到的CoCrFeNiZrx高熵合金具有较高的耐腐蚀性和硬度，但作为海洋装备结构材料难以达到轻质要求，对于以燃料能源为主的海洋运输机械而言，不利于不可再生燃料能源的高效利用。
CN 107488804A公开了一种超高强度、硬度及耐腐蚀CrMnFeVTi高熵合金及其制备方法，获得了超高强度CrMnFeVTi合金，Ti和V元素保证具有较高的耐腐蚀性，但高密度金属Cr、Mn、Fe难以达到轻质效果，通过机械合金化法和放电等离子烧结制备方法耗时长，效率较低难以满足工业生产需求，通过王水腐蚀组织出现时间难以对耐腐蚀性能进行量化。超高强度一般以牺牲塑性为代价，难以获得较好的综合力学性能，大大限制了其应用。
CN 111647792A公开了一种轻质高熵合金AlaMgbZncCrdCueTif，该合金具有很低的密度，但高含量的活泼金属Al、Mg、Zn难以达到耐腐蚀性要求，在腐蚀环境下难以应用。
高熵合金理念的提出，打开了合金材料设计的新领域，对设计和发展轻质、耐腐蚀新型合金的提供了新思路。传统合金以一两种元素为主元，主元元素的性质限制了合金的性能更好的发挥，而高熵合金打破了这个概念，为新材料设计和优良性能开发出了一条新途径。利用高熵合金的设计理念，通过高含量的轻质元素和耐腐蚀性元素相互配合，可以开发更轻质的强耐腐蚀性新材料。而且它的成分可设计性，对不耐点蚀的传统不锈钢、由于元素杂质含量偏差大，质量参差不齐的耐腐蚀合金提供了一个新的思路。研究开发轻质、强耐腐蚀高熵合金，对应用于飞机高强结构件的耐腐蚀涂层、轻量化交通以及航空航天等国防重要工程装备具有重大意义。
因此，很有必要开发一种具有轻质、高强度和强耐腐蚀性的新型高熵合金，应用于制备耐腐蚀涂层和新能源汽车耐腐蚀零部件等方面。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为AlxCoNiVTiy；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。本发明所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，将轻质金属元素Al与Ti作为改性金属，并进一步限定Al对应的化学计量比x＝0.2～1，Ti对应的化学计量比y＝0.1～1.6，使得本发明所述高熵合金具有轻质、高强度和强耐腐蚀性的特征，可应用于制备航空航天上耐腐蚀涂层和新能源汽车上耐腐蚀性新材料；此外，本发明所述制备方法具有成本低廉、操作简单和易于工业化生产等优点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种轻质高强耐腐蚀高熵合金，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为AlxCoNiVTiy；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。
本发明所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，具有单一的面心立方结构，而Al元素属于BCC相形成元素，能有效诱导BCC相的产生，同时Al、Ti元素的原子半径相对于Co、Ni、V三种元素而言较大，能形成剧烈的晶格畸变，固溶强化效果增强，使合金强度大大增加。Ti元素的耐腐蚀性远远优于不锈钢，能极大地增强合金的耐腐蚀性，消除Al元素的加入导致耐腐蚀性降低的影响同时降低合金密度。控制Al、Ti元素的添加含量，不但能很好的调控BCC相和FCC相的相对含量，获得高强度的同时具有一定的塑性，不至于使得合金变脆，从而影响其使用性。Al和Ti元素的密度低，能降低合金的平均密度，满足轻量化的要求。
本发明所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，将轻质金属元素Al与Ti作为改性金属，并进一步限定Al对应的化学计量比x＝0.2～1，Ti对应的化学计量比y＝0.1～1.6，使得本发明所述高熵合金具有轻质、高强度、强耐腐蚀性的特征。
值得说明的是，本发明所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的配比关系采用摩尔比来描述。
作为本发明优选的技术方案，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC和BCC双相构成。
值得说明的是，本发明所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC和BCC双相构成，BCC结构能增强合金硬度和强度，随着Al含量的增加，高熵合金双相组织呈现明显的网状分布，两相相对含量发生变化。
优选地，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的密度＜7.00g/cm3，硬度＞700HV0.2，自腐蚀电位＞-0.4V，腐蚀电流密度＜6×10-7A/cm2。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的轻质高强耐腐蚀高熵合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比，称取Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
(2)将步骤(1)得到的混合料在保护气氛围下进行熔炼，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作6～10次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金。
本发明所述制备方法包括预处理与熔炼两个步骤，预处理过程为处理及清洗原料及设备，熔炼过程为利用非自耗型真空电弧熔炼炉将原料均匀熔融；本发明所述制备方法具有成本低廉、操作简单和易于工业化生产等优点。
值得说明的是，本发明所述制备方法依据目标摩尔比转化为各原料的质量比，并采用分析天平称量并精确到小数点后一位。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料的纯度均在99.99wt.％以上。
作为本发明优选的技术方案，在步骤(1)所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，用于去除表面的灰尘、油污和氧化层。
作为本发明优选的技术方案，所述清洗包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥。
优选地，所述超声清洗的清洗液包括去离子水。
优选地，所述酸洗的酸液包括0.5mol/L盐酸溶液。
优选地，所述醇洗的醇溶剂包括无水乙醇。
优选地，所述干燥包括在真空干燥箱中进行烘干。
值得说明的是，通过超声清洗去除各原料表面的灰尘、油污等杂质，通过酸洗去除各原料表面的氧化层，通过醇洗去除各金属原料表面残存的杂质，最后在真空干燥箱中进行烘干。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述保护气包括氩气。
值得说明的是，本发明所述制备方法在非自耗型真空电弧熔炼炉中进行熔炼，打开真空泵组与炉腔连接处的密闭旋钮，使得真空泵组与炉腔气流互通后打开机械泵，机械泵将熔炼炉腔抽真空至气压表示数为4～9×10-5MPa后，在炉腔中充入高纯氩气并反复洗气，使得炉腔内压力表示数达到0.05～0.07MPa。将事先放在炉腔内的Ti单质反复熔炼4次，以充分消耗炉内残余的氧气，将熔炼原料混合物全部熔化成液态后，待样品凝固后，将铸锭翻转180度，再次进行熔炼。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述熔炼在非自耗型真空电弧熔炼炉中进行。
优选地，所述非自耗型真空电弧熔炼炉包括水冷铜坩埚主熔池与水冷铜坩埚副熔池，将所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料依次逐层堆放在所述水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在所述水冷铜坩埚副熔池内。
值得说明的是，非自耗型真空电弧熔炼炉在使用之前需要进行清洁工作，打磨水冷铜坩埚主熔池与水冷铜坩埚副熔池表面的氧化物，以防止污染试样；此外，在水冷铜坩埚副熔池内放置Ti单质，尤其是块状Ti，可以去除炉腔内残存的氧气以保持炉腔内的高真空度。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述熔炼的目标电流为200～250A，例如200A、210A、220A、230A、240A或250A等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
值得说明的是，采用电弧焊机对各原料进行加热，具体转动电弧焊枪升降装置，使电弧焊枪枪头与各原料保持适当距离，按下电弧焊机的开关进行熔炼；先调节电弧焊机的电流值为50A进行预热处理，以防原料迸溅影响原料比例，逐步增大电流至目标电流200～250A继续熔炼。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥；所述超声清洗的清洗液包括去离子水；所述酸洗的酸液包括0.5mol/L盐酸溶液；所述醇洗的醇溶剂包括无水乙醇；所述干燥包括在真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为200～250A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作6～10次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，将轻质金属元素Al与Ti作为改性金属，并进一步限定Al对应的化学计量比x＝0.2～1，Ti对应的化学计量比y＝0.1～1.6，使得本发明所述高熵合金具有轻质、高强度、强耐腐蚀性的特征，可以应用于制备航空航天上耐腐蚀涂层和新能源汽车上耐腐蚀性新材料；
(2)本发明所述制备方法采用现有的工业生产中最基础的设备，可控度高，适宜工业化推广。
附图说明
图1是本发明实施例1～4所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的XRD谱图；
图2是本发明实施例1所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的微观组织图；
图3是本发明实施例2所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的微观组织图；
图4是本发明实施例3所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的微观组织图；
图5是本发明实施例4所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的微观组织图；
图6是本发明对比例1所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的微观组织图；
图7是本发明对比例2所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的微观组织图；
图8是本发明实施例1～4与对比例1～2所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的动电位极化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比Al:Co:Ni:V:Ti＝0.2:1:1:1:0.8，转化为Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料对应的质量比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥，先以去离子水作为清洗液进行超声清洗，再采用0.5mol/L盐酸溶液进行酸洗，随后采用无水乙醇进行醇洗，最后放入真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为220A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作6次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金Al0.2CoNiVTi0.8。
将本实施例所述轻质高强耐腐蚀高熵合金Al0.2CoNiVTi0.8进行X射线衍射测试，XRD谱图如图1所示；由于高熵合金中CoNiV的化学系数固定，高熵合金采用“AlxTiy”表示，例如实施例1所述高熵合金表示为“Al0.2Ti0.8”，下述类似情况不再赘述。
实施例2
本实施例提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比Al:Co:Ni:V:Ti＝1.0:1:1:1:0.6，转化为Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料对应的质量比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥，先以去离子水作为清洗液进行超声清洗，再采用0.5mol/L盐酸溶液进行酸洗，随后采用无水乙醇进行醇洗，最后放入真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为200A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作8次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金Al1.0CoNiVTi0.6。
将本实施例所述轻质高强耐腐蚀高熵合金Al1.0CoNiVTi0.6进行X射线衍射测试，XRD谱图如图1所示，实施例2所述高熵合金表示为“Al1.0Ti0.6”。
实施例3
本实施例提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比Al:Co:Ni:V:Ti＝1.0:1:1:1:1.0，转化为Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料对应的质量比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥，先以去离子水作为清洗液进行超声清洗，再采用0.5mol/L盐酸溶液进行酸洗，随后采用无水乙醇进行醇洗，最后放入真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为250A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作10次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金Al1.0CoNiVTi1.0。
将本实施例所述轻质高强耐腐蚀高熵合金Al1.0CoNiVTi1.0进行X射线衍射测试，XRD谱图如图1所示，实施例3所述高熵合金表示为“Al1.0Ti1.0”。
实施例4
本实施例提供了一种轻质高强耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比Al:Co:Ni:V:Ti＝0.2:1:1:1:1.6，转化为Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料对应的质量比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥，先以去离子水作为清洗液进行超声清洗，再采用0.5mol/L盐酸溶液进行酸洗，随后采用无水乙醇进行醇洗，最后放入真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为220A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作7次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金Al0.2CoNiVTi1.6。
将本实施例所述轻质高强耐腐蚀高熵合金Al0.2CoNiVTi1.6进行X射线衍射测试，XRD谱图如图1所示，实施例4所述高熵合金表示为“Al0.2Ti1.6”。
对比例1
本实施例提供了一种高熵合金及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比Co:Ni:V:Ti＝1:1:1:1.0，转化为Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料对应的质量比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥，先以去离子水作为清洗液进行超声清洗，再采用0.5mol/L盐酸溶液进行酸洗，随后采用无水乙醇进行醇洗，最后放入真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为250A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作10次，得到高熵合金CoNiVTi1.0；
也就是说，参考实施例3，本对比例的区别仅在于省去了Al原料，得到的高熵合金不包括Al元素。
对比例2
本实施例提供了一种高熵合金及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比Al:Co:Ni:V:Ti＝1.5:1:1:1:1.0，转化为Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料对应的质量比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥，先以去离子水作为清洗液进行超声清洗，再采用0.5mol/L盐酸溶液进行酸洗，随后采用无水乙醇进行醇洗，最后放入真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为250A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作10次，得到高熵合金Al1.5CoNiVTi1.0。
也就是说，参考实施例3，本对比例的区别仅在于提高了Al元素在高熵合金中的配比，即，x＝1.5。
表征方法与结果：
(1)XRD：将上述实施例1～4所述高熵合金进行X射线衍射测试，XRD谱图如图1所示，可以看出本发明所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC+BCC双相构成；
(2)密度：将上述实施例和对比例得到的高熵合金，采用阿基米德排水法进行密度计算，测试结果见表1；
(3)硬度：将上述实施例和对比例得到的高熵合金进行环氧树脂胶镶样处理，树脂胶配比为A:B＝2:1，混合均匀后将模具放于真空干燥箱中静置一段时间缓慢凝固，将镶样好的样品进行研磨，分别用#80、#240、#300、#600、#1200、#2400、#3000等不同型号的金相砂纸进行研磨后抛光处理；
对抛光后的样品采用TMVP-1型显微硬度计测试硬度，该显微硬度计的试验力为1.961N(200gf)，保载15s；对每个试样选取8个不同位置测量其显微硬度，去掉最高硬度值和最低硬度值，取其余硬度值的平均数值作为试样的显微硬度值，测试结果见表1；
(4)微观组织图：对上述实施例和对比例得到的高熵合金采用上述硬度表征方法中的抛光处理，用王水腐蚀8～15s后，采用金相显微镜观察试样的微观组织，实施例1～4和对比例1～2所述高熵合金的微观组织图分别如图2-7所示，可以看出本发明所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC和BCC双相构成，BCC结构能增强合金硬度和强度，随着Al含量的增加，高熵合金双相组织呈现明显的网状分布，两相相对含量发生变化；
(4)自腐蚀电位和腐蚀电流密度：将上述实施例和对比例得到的高熵合金，分别用#300、#600、#1200、#2400、#3000等不同型号的金相砂纸进行研磨后抛光处理，将样品用绝缘铜导线连接，再埋入环氧树脂胶进行镶样处理，仅保持1cm2的抛光截面暴露，在经典的三电极电池中进行电化学实验。使用PGSTAT302N电化学工作站进行动电位极化曲线测试，试验对电极为Pt片，工作电极为实施例和对比例待测试样，参比电极使用Ag/AgCl，用标准氢电位(SHE)进行标定。恒温25℃下测试，5400s后开路电位达到稳定值，在质量分数为3.5％的NaCl溶液中进行耐腐蚀性表征实验，动电位极化曲线测试在-1.0V～0.6V范围内进行，扫描速率为1mv/s，得到动电位极化曲线，具体如图8所示，高熵合金采用“AlxTiy”表示，例如实施例1所述轻质耐腐蚀Al0.2CoNiVTi0.8高熵合金表示为“Al0.2Ti0.8”，下述类似情况不再赘述；根据图8所示动电位极化曲线，通过塔菲尔曲线拟合得到自腐蚀电位和腐蚀电流密度，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003424809750000141
综上所述，本发明所述高熵合金以摩尔比为1:1:1的Co、Ni、V组成基体合金，将轻质金属元素Al与Ti作为改性金属，并进一步限定Al对应的化学计量比x＝0.2～1，Ti对应的化学计量比y＝0.1～1.6，使得本发明所述高熵合金具有轻质、高强度和强耐腐蚀性的特征，可应用于制备航空航天上耐腐蚀涂层和新能源汽车上耐腐蚀性新材料；此外，本发明所述制备方法采用现有的工业生产中最基础的设备，可控度高，适宜工业化推广。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种轻质高强耐腐蚀高熵合金，其特征在于，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由Al、Co、Ni、V与Ti组成，元素组成为AlxCoNiVTiy；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。
2.根据权利要求1所述的轻质高强耐腐蚀高熵合金，其特征在于，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金由FCC和BCC双相构成；
优选地，所述轻质高强耐腐蚀高熵合金的密度＜7.00g/cm3，硬度＞700HV0.2，自腐蚀电位＞-0.4V，腐蚀电流密度＜6×10-7A/cm2。
3.一种权利要求1或2所述的轻质高强耐腐蚀高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比，称取Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
(2)将步骤(1)得到的混合料在保护气氛围下进行熔炼，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作6～10次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料的纯度均在99.99wt.％以上。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述清洗包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥；
优选地，所述超声清洗的清洗液包括去离子水；
优选地，所述酸洗的酸液包括0.5mol/L盐酸溶液；
优选地，所述醇洗的醇溶剂包括无水乙醇；
优选地，所述干燥包括在真空干燥箱中进行烘干。
7.根据权利要求3～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述保护气包括氩气。
8.根据权利要求3～7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述熔炼在非自耗型真空电弧熔炼炉中进行；
优选地，所述非自耗型真空电弧熔炼炉包括水冷铜坩埚主熔池与水冷铜坩埚副熔池，将所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料依次逐层堆放在所述水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在所述水冷铜坩埚副熔池内。
9.根据权利要求3～8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述熔炼的目标电流为200～250A。
10.根据权利要求3～9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照目标摩尔比，称取纯度均在99.99wt.％以上的Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料并混合；
其中，在所述混合之前，对所述Al原料、Co原料、Ni原料、V原料与Ti原料分别进行清洗，包括依次进行的超声清洗、酸洗、醇洗与干燥；所述超声清洗的清洗液包括去离子水；所述酸洗的酸液包括0.5mol/L盐酸溶液；所述醇洗的醇溶剂包括无水乙醇；所述干燥包括在真空干燥箱中进行烘干；
(2)将步骤(1)得到的混合料放入非自耗型真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚主熔池内，将Ti单质放置在水冷铜坩埚副熔池内，在氩气氛围下进行熔炼，控制所述熔炼的目标电流为200～250A，得到的合金液经冷却得到合金锭；
(3)将步骤(2)所述合金锭翻转后，重复步骤(2)所述操作6～10次，得到轻质高强耐腐蚀高熵合金。
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