一种CoSnCu中熵合金及其制备方法和应用

本发明涉及中熵合金，特别是涉及一种cosncu中熵合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着航天航空、兵器工业等领域高端装备的飞速发展，传统合金的理化性能难以快速适用高端制造的需求变化。通过引入多种主要元素制得的多主元合金，实现了更为复杂和多样化的合金设计，为金属材料的性能提升和应用拓展带来了全新的可能性，为满足高端制造领域快速增长的需求提供了更多的选择。

2、中熵合金是一类由三种或以上金属元素构成的多主元合金材料。与传统以单一基体元素为主的合金不同，中熵合金可通过多主元协同作用获得较好的强韧匹配、耐蚀性及组织稳定性，在高端装备关键零部件、耐磨耐蚀构件及复杂服役环境用结构材料领域具有较好的应用前景。

3、研究表明，中熵合金的性能对热历史高度敏感。不同的热历史会影响中熵合金的熔体粘度、热熔体脆性、力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能。例如，cn119530610a公开了一种cumnnisnco中熵铜合金，其制备方法为：按元素配比将物料混合后熔炼，冷却得铸锭，然后对铸锭进行固溶处理（780-900℃）和时效处理（400-550℃），即得上述中熵铜合金。该专利通过固溶和时效处理初步实现了对热历史的干预，提高co更好的固溶于机体中，并触发过饱和固溶体的扩散型析出反应，提高中熵合金的力学性能和耐磨性能。

4、因此，如何优化中熵合金制备过程中的热历史，以提高其力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能，已成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种cosncu中熵合金及其制备方法和应用。本发明采用co、cu和sn金属作为原料，在保护气氛下熔炼，得母合金锭；对母合金锭进行分阶段加热处理，冷却得cosncu中熵合金。该cosncu中熵合金由co2sn和cu10sn3两种金属间化合物组成。本发明制得的cosncu中熵合金具有优异的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能，可满足高端装备关键零部件对高强、高硬、高耐磨及耐蚀性的迫切需求。本发明通过低温预扩散与高温深度均匀化相结合，既能提升合金体系的成分均匀性、优化合金的凝固组织和相分布情况，进而提高cosncu中熵合金的耐磨性能和耐腐蚀性能。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供了一种cosncu中熵合金的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）在保护气氛下，将co金属、cu金属和sn金属混合后进行熔炼，冷却得母合金锭；

5、（2）在保护气氛下，将母合金锭加热至1200-1400k下进行第一次保温处理，然后加热至1600-1800k下进行第二次保温处理，冷却得cosncu中熵合金。

6、作为优选，步骤（1）中，co金属、cu金属和sn金属的纯度均＞99.99%。

7、作为优选，步骤（1）中，co金属、cu金属和sn金属的摩尔比为1:1:1。

8、作为优选，步骤（1）中，所述惰性气氛为氩气气氛。

9、作为优选，步骤（1）中，熔炼的具体操作为：采用真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼后冷却，翻面再次熔炼，重复5-7次。

10、进一步的，每次熔炼时间为80-100s，真空电弧熔炼炉的参数为：真空度为6.6×10-4-6.7×10-4pa、温度为2500-3500℃。

11、作为优选，步骤（2）中，第一次保温处理过程中，压力为4×10-2-6×10-2mpa、升温速率为40-60k/min、保温时间为1-3min。

12、作为优选，步骤（2）中，第二次保温过程中，升温速率为40-60k/min、保温时间为1-3min。

13、本发明的第二方面，提供了上述制备方法制备得到的cosncu中熵合金。

14、作为优选，所述cosncu中熵合金由co2sn和cu10sn3两种金属间化合物组成。

15、本发明的第三方面，提供了上述cosncu中熵合金在制备耐腐蚀设备和耐磨机械中的应用。

16、本发明的有益效果：

17、本发明采用co、cu和sn金属作为原料，在保护气氛下熔炼，得母合金锭；对母合金锭进行分阶段加热处理，冷却得cosncu中熵合金。该cosncu中熵合金由co2sn和cu10sn3两种金属间化合物组成。本发明制得的cosncu中熵合金具有优异的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能，可满足高端装备关键零部件对高强、高硬、高耐磨及耐蚀性的迫切需求。

18、本发明在制备cosncu中熵合金过程中，通过分阶段加热进行热处理。具体的，将母合金锭先置于1200-1400k保温处理1-2min，使母合金锭内的元素进行充分的预扩散和再分配，降低原始铸态组织中可能存在的局部富集、枝晶间偏析或成分梯度的情况；然后升温至1600-1800k保温处理2min，进一步使合金熔体充分均匀化，使co、cu和sn元素在更高能量状态下进一步混合，从而减轻局部偏析现象，获得更加均匀稳定的中熵合金组织。本发明通过低温预扩散与高温深度均匀化相结合，既能提升合金体系的成分均匀性、优化合金的凝固组织和相分布情况，进而提高cosncu中熵合金的耐磨性能和耐腐蚀性能。

1.一种cosncu中熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的cosncu中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述惰性气氛为氩气气氛；

3.如权利要求1所述的cosncu中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，熔炼的具体操作为：采用真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼后冷却，翻面再次熔炼，重复5-7次。

4.如权利要求3所述的cosncu中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，每次熔炼时间为80-100s，真空电弧熔炼炉的参数为：真空度为6.6×10-4-6.7×10-4pa、温度为2500-3500℃。

5.如权利要求1所述的cosncu中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，第一次保温处理过程中，压力为4×10-2-6×10-2mpa、升温速率为40-60k/min、保温时间为1-3min。

6.如权利要求1所述的cosncu中熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，第二次保温过程中，升温速率为40-60k/min、保温时间为1-3min。

7.权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的cosncu中熵合金。

8.如权利要求7所述的cosncu中熵合金，其特征在于，所述cosncu中熵合金由co2sn和cu10sn3两种金属间化合物组成。

9.权利要求7或8所述的cosncu中熵合金在制备耐腐蚀设备和耐磨机械中的应用。