本發(fā)明屬于高熵非晶合金領域，具體涉及一種多元素微合金化的高溫高熵非晶合金及其制備方法。

背景技術：

1、高熵非晶合金是一種在成分上具有高熵合金多主元特點(大多由不少于五種以上元素以等原子比或近等原子比組成)和在結構上具有傳統(tǒng)非晶合金長程無序特點的新型合金。因而，與同成分高熵合金及傳統(tǒng)非晶合金相比，高熵非晶合金通常具有更為獨特的力學、物理和化學性能及熱動力學行為與穩(wěn)定性。因此，該類合金不僅有助于拓寬對非晶合金與高熵合金潛在應用的探索，而且也有利于解析高熵合金結構“非晶化”與傳統(tǒng)非晶合金組成“高熵化”對合金組成結構與性能影響的普遍規(guī)律。盡管如此，由于“高熵化”的多主元成分特點要求導致目前高熵非晶合金的體系與數(shù)量仍然十分有限。同時，由于現(xiàn)有高熵非晶合金的組元主要以熔點較低的元素(大多不超過2000℃)為主，因而目前大多數(shù)高熵非晶合金的起始晶化溫度不超過700℃。眾所周知，非晶合金的硬度與強度等力學性能往往與其起始晶化溫度等熱學性能呈正相關的規(guī)律。因此，現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金的室溫斷裂強度(σf)和維氏顯微硬度(hv)分別不高于4gpa和13gpa。此外，目前仍然十分缺乏集高晶化溫度(或耐高溫)與高性能(如高硬度與強度及耐苛刻環(huán)境腐蝕性等)及塊體尺寸形狀(三維尺寸均不小于1mm)等特點于一體的高熵非晶合金。這些特點不僅導致現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金難以在更高的溫度下服役而不發(fā)生晶化失效，而且也導致難以在更寬的溫度范圍和更多的體系內及更豐富的尺寸維度與形狀復雜度下探索該類合金的使役行為與特性，進而嚴重制約了該類合金作為高耐受微齒輪與微軸承及微型刀具等精密機械元器件或其成型模具制備材料在高溫、抗磨、耐蝕等近極端條件下的潛在應用。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種多元素微合金化的高溫高熵非晶合金及其制備方法，解決現(xiàn)有技術中高熵非晶合金的種類與數(shù)量不夠豐富、熱學性能與硬度和強度不夠高等問題。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

3、第一個方面，本發(fā)明提供一種多元素微合金化的高溫高熵非晶合金，所述高溫高熵非晶合金的化學式為wamobcrctadnberefosgirhcibjrek；式中re代表稀土元素；mo、cr、nb、ir和re為微合金化元素；各元素的含量以原子百分比(at.％)計，滿足以下條件：a為20～40，b為1～5，c為1～5，d為5～15，e為1～5，f為10～25，g為5～15，h為1～5，i為5～10，j為10～25，k為1～4，且a+b+c為25～45、d+e為10～20、f+g+h為16～40、i+j為15～30、a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k＝100。

4、進一步的，所述高溫高熵非晶合金為帶體材料或塊體材料，所述塊體材料包括棒狀形狀，其最大直徑為1.3mm。

5、進一步的，所述re為稀土元素y、er、gd、dy中的一種或多種的組合。

6、進一步的，所述高溫高熵非晶合金的化學式為w34mo2cr2ta10nb2re15os10ir2c6b15y2。

7、進一步的，所述高溫高熵非晶合金的化學式為w30mo2cr2ta9nb2re20os7ir2c6b18y1er1。

8、進一步的，所述高溫高熵非晶合金的化學式為w26mo2cr2ta10nb2re15os10ir2c6b22y1gd1dy1。

9、第二個方面，本發(fā)明提供上述高溫高熵非晶合金的制備方法，包括：

10、配料：按照wamobcrctadnberefosgirhcibjrek的化學式稱取各原料；

11、熔煉母合金錠：將稱取的各原料放入真空電弧熔煉爐中，煉制1～4遍使原料熔煉均勻，隨爐冷卻后取出母合金錠；

12、制備高熵非晶合金：利用快速凝固裝置中的感應爐將所述母合金錠完全熔化，得到合金熔體，通過熔體旋淬法或銅模鑄造法將所述合金熔體快速冷卻凝固，得到帶體材料或塊體材料的高溫高熵非晶合金。

13、進一步的，通過所述銅模鑄造法將所述合金熔體快速冷卻凝固獲得塊體材料，所述塊體材料包括棒狀形狀，其最大直徑為1.3mm；

14、通過所述熔體旋淬法將所述合金熔體快速冷卻凝固獲得帶體材料，所述帶體材料的厚度為20～30μm。

15、進一步的，所述熔煉母合金錠的條件為：調節(jié)爐內真空度≤4×10-3pa，熔煉溫度3500℃～4500℃，單遍熔煉時間1～4min；

16、所述熔體旋淬法制備帶體材料的條件為：真空度1～3×10-2pa，感應電流25～30a，噴鑄壓力0.04～0.07mpa，銅輪轉速2500～3500r/min；

17、所述銅模鑄造法制備塊體材料的條件為：真空度1～3×10-2pa，感應電流25～30a，噴鑄壓力0.05～0.08mpa。

18、第三個方面，本發(fā)明提供上述多元素微合金化的高溫高熵非晶合金在制造精密機械元器件、其成型模具或高精度表面研磨加工材料中的應用，所述精密機械元器件或其成型模具用于高溫、抗磨和耐蝕環(huán)境。

19、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

20、1.本發(fā)明提供的多元素微合金化的高溫高熵非晶合金，其一個顯著特點是包含至少五種微合金化元素，相較于現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金中的微合金化元素數(shù)量更為豐富；這些微合金化元素不僅發(fā)揮微合金化作用，還增強了合金的高熵特性，具體而言：微合金化元素mo和cr與同族元素w共同構成第一類主元，nb與同族元素ta形成第二類主元，而ir則與元素周期表中相鄰的re和os組成第三類主元，從而使這些微合金化元素同時具備高熵化效應。多元素微合金化與高熵化的協(xié)同作用，使合金組元間呈現(xiàn)顯著的原子半徑差異和多樣化的混合焓(包括正值、負值和零值)，從而形成更加復雜的原子堆垛結構和強化的相互鍵合作用；這種結構特性顯著提升了合金的非晶形成能力及其性能的可調控性。相比之下，現(xiàn)有技術通常局限于單一元素的微合金化作用，未能有效結合微合金化與高熵化的優(yōu)勢，因此對高熵非晶合金的形成能力與性能調控效果極為有限。

21、2.本發(fā)明提供的多元素微合金化的高溫高熵非晶合金，其起始晶化溫度(tx)高于950℃較現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金高出至少250℃；這一特性賦予該合金優(yōu)異的熱學性能，使其能在更高溫度下保持非晶態(tài)穩(wěn)定性而不發(fā)生晶化失效。這一優(yōu)勢不僅便于研究該類合金在高溫等近極端條件下的性能與行為，還為其在制造高耐受微齒輪、微軸承、微型刀具等精密機械元器件或其成型模具的應用提供了可能性，使其能在苛刻高溫環(huán)境中安全服役，展現(xiàn)出顯著的應用價值和經(jīng)濟效益。

22、3.本發(fā)明提供的多元素微合金化的高溫高熵非晶合金，其維氏顯微硬度(hv)超過17gpa，較現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金高出至少4gpa；同時，其斷裂強度(σf)不低于5gpa，較現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金提升至少1gpa；這一優(yōu)異的強硬特性使其有望成為高精度表面研磨加工領域的新型材料；此外，該合金在2mol/l?hcl溶液中浸泡7天后無明顯失重，表現(xiàn)出卓越的耐腐蝕性能，遠超現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金在1mol/l?hcl溶液中的耐蝕表現(xiàn)。

23、4.本發(fā)明提供的多元素微合金化的高溫高熵非晶合金，通過成分優(yōu)化可制備出臨界直徑不小于1mm、最大直徑達1.3mm的棒狀形狀塊體材料；這一特性不僅便于獲取該合金的強度等多種力學性能參數(shù)，還拓展了在多尺寸與復雜形狀下探索其潛在應用的可能性；相比之下，現(xiàn)有大多數(shù)高熵非晶合金難以同時具備高晶化溫度、高硬度、高強度、高耐蝕性以及三維尺寸均不小于1mm的塊體形態(tài)。

24、當然地，實施本發(fā)明的各技術方案并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。