一种新型Al-Fe-Co-Ni-Cu高熵阻尼合金

技术领域

本发明涉及有色金属合金技术领域，尤其涉及一种新型Al-Fe-Co-Ni-Cu高熵阻尼合金。

背景技术

阻尼合金是一种结构功能一体化的材料，具有一定的力学性能机械性能，可以承受一定的机械载荷。合金能在交变应力下，通过一些微观结构的可逆变化而实现将机械振动能量转化为热能，从而降低机械振动和噪声系统。阻尼合金的应用不仅可以提高机械运行的可靠性，延长仪器设备的使用寿命，也间接提高了工作效率。由于服役环境的原因，所以阻尼合金的研究和开发一直受到相关材料领域的重视和关注。

根据阻尼合金的机械振动能量的衰减机理，通常将阻尼合金分为如下几类：孪晶型阻尼合金，以Mn-Cu合金为代表；以镁基合金为代表的位错阻尼合金；铁磁阻尼合金，以Fe-Cr-X合金为代表；复相型阻尼合金，以Zn-Al合金为代表的。不同阻尼合金由于其不同的组成和相而有很大性能的差异。例如，虽然Mn-Cu阻尼合金表现出较高的阻尼性能，但其腐蚀性能较差，因为锰铜阻尼通常包含60％质量分数以上的Mn，Mn属于相对比较活泼的金属，容易被氧化。镁基阻尼合金也表现出优异的阻尼性能，但其强度和耐腐蚀性都很差；虽然添加铬的铁磁阻尼合金具有较高的阻尼性能机械性能，其耐腐蚀性相当于铁素体不锈钢。但由于磁畴的不可逆运动，其容易受到外部磁场的影响较大而导致阻尼性能的下降。因此，开发新型具有良好的阻尼和机械性能以及优异的耐腐蚀性能阻尼合金具有重要的现实意义，尤其是在船舶、工业等具有电化学腐蚀的环境。

发明内容

本发明提供了一种新型Al-Fe-Co-Ni-Cu高熵阻尼合金，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新型Al-Fe-Co-Ni-Cu高熵阻尼合金，该合金由铁、铜、镍、钴、铝组成，该合金组分元素化学元素质量百分比为：铁：4±0.5wt.％；铜：24±2wt.％，镍：43±2wt.％，钴：22±2wt.％，铝：5±0.5wt.％。

作为本技术方案的进一步改进方案：用于熔炼的铁、铜、镍、钴、铝原料的纯度不低于99.9％。

作为本技术方案的进一步改进方案：该合金的制备方法具体步骤如下：

S1,按照成分比例要求，用精密天平称重一定质量的纯金属原料，并将原料清洗完并干燥后，将金属放置在熔炼炉中擦洗干净的铜坩埚中，

S2,将熔炼炉内部抽真空至2×10-3Pa并充入惰性气体，之后反复翻转熔炼铜坩埚中的金属原料3次，冷却后取出纽扣状合金铸锭。

作为本技术方案的进一步改进方案：熔炼炉采用非自耗真空电弧熔炼炉。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述精密天平精度为0.0001g。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述将原料清洗完并干燥，具体为：将原料在丙酮中超声清洗3～5分钟得到洁净的纯金属原料，之后再对纯金属原料进行干燥。

作为本技术方案的进一步改进方案：去惰性气体为氩气，纯度不低于99.9％。

作为本技术方案的进一步改进方案：反复翻转熔炼铜坩埚中的金属原料3次中，后2次需要加磁搅拌，以保证合金熔炼后成分均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过真空感应熔炼制备该阻尼合金，得到成分均匀分布并符合质量分数要求的合金铸锭，纯度高，杂质极少。

(2)通过分析合金的阻尼性能、力学性能和耐蚀性能。该合金的阻尼性能达到较高水平，强度和延伸率等力学指标优良，以及在3.5％wt.NaCl溶液中的耐蚀性可以和铁素体不锈钢相比。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提出的面扫描mapping实验结果示意图；

图2为本发明提出的阻尼合金准静态拉伸曲线示意图；

图3为本发明提出的阻尼合金DMA测试结果示意图；

图4为本发明提出的阻尼合金的极化曲线测试结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中样品制备和检测所使用的仪器设备型号如下：

试样的熔炼使用的是中科院沈阳科学仪器研制中心制造的DHL-400型非自耗真空电弧熔炼炉；

扫描电子显微镜为FEI(公司)生产的Quanta650型FEG场发射扫描电子显微镜(EBSD、EDS)。技术指标：1.二次电子分辨率：1.0nm(30kV)，1.0nm(15kV)；2.电子枪：热场发射电子源；3.加速电压：200V～30kV；4.样品台移动范围：X＝Y＝150mm。

实施例中利用INSTRON5966电子万能材料试验机测试材料的拉伸强度和伸长率。

实例中利用美国TAQ800DMA(动态机械分析仪)来测试材料的阻尼性能，测量模式为单悬臂梁模式。

实例中利用普林斯顿Parstat2273电化学工作站测试材料的耐蚀性能，腐蚀介质为3.5％wt.NaCl溶液，扫描速度1mV/s，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极。

实施例中使用的纯金属原料是北京佳铭铂业有限公司生产销售的。

本发明提供一种新型Al-Fe-Co-Ni-Cu高熵阻尼合金，该合金由铁、铜、镍、钴、铝组成，该合金组分元素化学元素质量百分比为：铁：4±0.5wt.％；铜：24±2wt.％，镍：43±2wt.％，钴：22±2wt.％，铝：5±0.5wt.％

实施例1

将原料表面打磨干净后，用精度为0.0001g的精密天平称量100g原料。各金属元素原子的比例为Fe：Cu：Ni：Co：Al＝0.2:1:2:1:0.5。所用的高纯铁、高纯铜和高纯铝的纯度为99.99％，高纯镍和高纯钴的纯度为99.95％。将称量好的原料先用10wt.％.的稀盐酸去除氧化膜，随后在丙酮中清洗3分钟。

将原料转移至非自耗真空电弧熔炼炉的铜坩埚中，熔点低的金属放在下面，熔点高的金属放在上面。关闭炉舱门，抽真空至2×10-3Pa并充入高纯氩气至气压到100Pa。调节电弧枪距离金属原料上方约1～2cm位置，打开高频直流电源引弧，引弧成功后调节电流至350A左右，使金属保持液态一段时间，当循环冷却水的温度到达24度时，关闭电源，等待金属冷却。先将炉腔内原有的纯钛块熔化，降低炉腔内的氧气浓度。再重复上述操作，将配好的原料熔化，每次冷却后将金属锭翻转180度，反复熔炼5次，其中后两次要打开磁搅拌，以保证合金熔炼后成分均匀，冷却后取出纽扣金属锭等待进一步加工。

利用线切割将合金加工出40×6×1.2mm的试样，进行DMA(动态机械分析仪)测试；加工出符合测试标准的压缩试样，进行力学性能测试；加工出10×10×1mm的试样，进行电化学工作站的测试以及SEM的观察，分析合金的耐蚀性和成分。

本实施例使用的合金扫描电镜结果如图1所示，放大倍数为1000倍；能谱面扫描检测到铁元素含量为4.51wt.％，铜元素含量为24.26wt.％，镍元素含量为44.23wt.％，钴元素含量为22.06wt.％，铝元素含量为4.94wt.％，如图2所示，表明在本实施例制备的合金成分符合预期，在误差允许范围以内。

拉伸试验表明实施例1制备的合金具有较好的强度和塑性，如图2所示。

DMA(动态机械分析仪)测试分析结果表明实施例1制备的合金具有较好的阻尼性能，如图3所示。

通过电化学工作站测出阻尼合金和传统铁素体不锈钢的Tafel极化曲线，通过拟合计算可以得出阻尼合金的耐蚀性能是优于与铁素体不锈钢的，如图4所示。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。