本发明属于合金制备，具体涉及一种耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金及其制备方法，尤其是l21型析出多主元合金，适用于高温服役环境下应用的高强耐磨零部件。
背景技术：
1、机械摩擦磨损是导致运动部件失效的主要形式之一，而耐磨性是衡量材料服役寿命的重要指标。随着科学技术的迅速发展，相关运动部件的服役环境愈发苛刻，如高温、高负载等，对耐磨材料提出了新的要求。根据经典磨损理论，在固定载荷下接触面积较小，硬度较高的合金往往表现出优异的耐磨性能。因此，设计高硬度、高强韧性、优异高温耐磨性等综合性能于一体的新型合金材料成为科研工作者努力的方向。
2、多主元合金具有高强度、高硬度、高结构稳定性和抗高温软化性等特点，在储氢、航空航天、能源，甚至生物医学等领域具有广阔的应用前景。多主元合金自提出以来便成为金属材料界一个新的研究前沿，与基于一个或两个主元素的传统金属合金不同，多主元合金通常至少含有四个主要元素。多主元合金的提出是合金设计理念的突破，为探索具有优异综合性能的新材料开辟了新的领域。多主元合金最显著的特点就是其多个主要元素相互作用引发的高熵效应、严重晶格畸变等，进而引发高强度等意想不到的性能。为获得具有优异耐磨性能的多主元合金，通常在多主元合金中掺入特定耐磨金属元素(mo、w及ta等元素)并控制其含量来达到对多主元合金耐磨性能产生积极影响的目的。然而，目前多主元合金的高温耐磨性提升效果并不显著，并且某些以co或者难熔元素为主要元素的多主元合金成本较高，增加了对战略资源co等元素的消耗。因此，研究兼备优异力学性能和耐磨性能以及低成本、无co的多主元合金极为必要。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决目前多主元合金存在高温耐磨性提升效果不显著，面临某些以co或难熔元素为主要元素的多主元合金成本较高，增加了对战略资源co等元素的消耗等技术问题，而提供一种耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金及其制备方法，旨在不仅能够在500-800℃下仍具有优异的耐磨性能，还进一步降低了对战略资源钴的消耗量。
2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
3、一种耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金，其特殊之处在于：表达式为alacrbfecnidtie，其中，元素占比(即原子比例)为0.5＜a＜1.5，0.5＜b＜1.5，0.5＜c＜2，1.5＜d＜3，0＜e≤1；本发明利用多主元合金各元素混合焓、原子半径、电负性的相对大小关系产生的晶格畸变，从bcc相析出l21纳米沉淀强化相，这是上述该多主元合金的主要强化途径，同时辅以细晶强化共同作用提高合金的力学性能及高温耐磨性能。
4、进一步地，本发明采用混合焓法，并结合不同合金的实际力学性能及摩擦学性能，得出优选的合金各元素占比为：a＝1，b＝1.3，c＝1.3，d＝2.3，e＝0.5或1。
5、本发明还提供了上述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
6、1)配料
7、根据合金中各元素的原子比例(即元素占比)，称取预处理后的al、cr、fe、ni、ti作为合金原料，上述原料的纯度均高于99.99％，使用电子天平对原料进行精确称量，误差控制在0.001g；
8、2)熔炼
9、2.1)先根据各金属元素的挥发难易程度，将步骤1)称取的合金原料按al、cr、ni、ti、fe的顺序从下至上(即按熔点由低到高的顺序放置，令不易挥发的金属元素覆盖住易挥发的金属元素)依次缓慢加入到电弧熔炼炉的其中一个坩埚中，旨在尽量减少各元素在熔炼中的挥发，提高熔炼合金各元素配比的精准度，在放置的过程中动作缓慢也主要是为了防止体积较小的金属原料飞溅到其它熔炼坩埚中，影响到合金的元素配比；随后再将钛锭置于电弧熔炼炉的另一个坩埚中。先放入合金原料再放钛锭的做法，主要是防止放入合金原料时，部分合金原料溅入钛锭坩埚中，不易发现，造成后续熔炼过程中钛锭与原料的粘连。
10、最好将合金原料放置在电弧熔炼中心外圈的铜坩埚中，将钛锭放置在电弧熔炼炉中心的坩埚中，且炉体和坩埚均应干净；而钛锭放置在中心的坩埚中，主要方便引弧后以最短路径抵达外圈熔炼坩埚，以免移动电弧过程损伤铜制冷却壁。
11、2.2)将电弧熔炼炉抽真空后，充入氩气，重复多次，排净空气；氩气作为一种纯净、稳定、不活泼且无毒的气体，在此有保护、引弧、提高合金纯度的作用；
12、2.3)先熔炼钛锭，以检验洗气之后是否仍存在残留的氧气，确保后续熔炼过程中合金材料不被氧化；若钛锭未发生氧化，开始电弧熔炼合金原料，冷却后，得到纽扣锭合金样品；若钛锭发生氧化，则返回至步骤2.2)；
13、此处通过观察冷却后钛锭表面是否光亮来判断其是否发生氧化反应，若光亮则说明未发生氧化，若不光亮则说明发生氧化；
14、2.4)将步骤2.3)得到的纽扣锭合金样品翻转并继续熔炼，重复熔炼至少5次，冷却得到耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金。
15、进一步地，步骤1)中，原材料的预处理方式为打磨清洗，具体操作为：先用砂轮机打磨、砂纸抛光，然后在乙醇溶液中进行超声清洗，晾干备用。
16、进一步地，步骤2.1)中，在使用电弧熔炼炉之前，用蘸取乙醇的擦炉纸将电弧熔炼炉内腔擦拭干净，并采用砂轮机将电弧钨极打磨光亮。
17、进一步地，步骤2.2)具体为：先用机械泵将电弧熔炼炉抽真空至小于等于5pa，再用分子泵抽至低于5×10-3pa；充入保护气体高纯氩气至-0.05pa；如此重复两次。
18、进一步地，步骤2.3)中，熔炼钛锭时，电流为90a，熔炼时间2-3min；
19、步骤2.3)和2.4)中，熔炼合金时，电流设定为120-200a，熔炼时间为每次3-5min。
20、进一步地，步骤2.4)中，重复熔炼5-6次，且重复熔炼的过程中，辅助以电磁搅拌，使铸锭组织更加均匀无偏析。
21、进一步地，alacrbfecnidtie中，a＝1，b＝1.3，c＝1.3，d＝2.3，e＝0.5或1。
22、本发明还提供了一种耐高温磨损零部件，其采用上述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金制作而成。
23、本发明的构思与原理：
24、本发明利用al-cr-fe-ni-ti多主元合金体系中元素的原子对混合焓、原子半径和电负性的相对差异(尤其是al、ti与cr、fe、ni原子半径、混合焓差异大)，诱导纳米沉淀相析出，发生沉淀强化，使得到的多主元合金具有硬度高、抗压强度高和高耐磨性等优点。
25、作为优化多主元合金力学性能及耐磨性能的重要方式，ti元素的添加具有以下重要作用，第一，原子半径最大的ti原子溶解在bcc固溶体中时，会引起晶格膨胀，造成严重的晶格畸变，因此，ti的引入会在bcc相中析出l21纳米沉淀相，尤其是在ti占比达到0.5及以上时，软fcc相会完全消失，l21基体相完全形成，具体表现是基体l21相发生一定的纳米沉淀效应，析出bcc针状纳米沉淀结构，而硬bcc晶界处析出l21纳米颗粒相的情况也十分明显，大幅提高了合金的强度及耐磨性能；第二，使组织细化，产生细晶强化作用，提高了合金的力学性能和耐磨性能；第三，ti含量的增加，使合金抗氧化性得以提升，产生较为明显的抗高温氧化作用；综上，多方面因素的加持，使得多主元合金的力学性能和高温耐磨性能均有所提升。
26、本发明的有益效果：
27、1.本发明提供的纳米沉淀强化多主元合金，通过向alcrfeni合金体系中引入ti，并增加ti的含量，来提高多主元合金的力学性能和耐高温摩擦磨损，获得具有更高硬度的沉淀强化型多主元合金；在固定al、cr、fe、ni的原子比例的情况下，随着ti元素的含量x的增加，多主元合金的硬度明显增加(x值为0时，硬度为439.20hv；x值为0.5时，硬度为672.56hv；x值为1时，硬度为758.12hv)；并且随着x的增加，多主元合金的压缩屈服强度也逐渐增加(x值为0.5时，抗压强度最高可达3520mpa)；此外，当ti含量增加时，多主元合金的磨损率呈逐渐降低的趋势(x值为0.5时，多主元合金800℃时达到的最低磨损率为4.1×10-7mm3/n.m)。综上可见，通过控制ti元素的添加量诱导共纳米沉淀(基体为l21+bcc针状纳米沉淀结构，外围为硬bcc相并析出有l21纳米颗粒)析出可达到同时提高多主元合金力学性能和耐磨性的效果。
28、2.本发明中未采用战略资源co等元素，低成本al-cr-fe-ni-ti多主元合金体系采用电弧炉熔炼法制备，借助电弧熔炼炉，在真空氩气保护环境下将合金熔炼5次以上，确保合金的均匀性并避免合金氧化，得到的合金表面具有明显的金属光泽，内部组织细化均匀。
29、3.本发明多主元合金体系屈服强度高达1920mpa，最大抗压强度可达3520mpa，相应压缩塑性为33.5％；20n作用力下，该体系在整个测试温域范围内均保持不错耐磨损特性，其在800℃时表现出的最低磨损率为4.1×10-7mm3/n.m。相较于传统多主元合金材料，本发明的低成本al-cr-fe-ni-ti多主元合金体系表现出了更好的力学性能和耐磨性能。
30、4.本发明对解决如何开发具有高强高韧、优异耐高温磨损的多主元合金具有重要的参考意义和推动作用。
1.一种耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金，其特征在于：表达式为alacrbfecnidtie，其中，元素占比为0.5＜a＜1.5，0.5＜b＜1.5，0.5＜c＜2，1.5＜d＜3，0＜e≤1；
2.根据权利要求1所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金，其特征在于：a＝1，b＝1.3，c＝1.3，d＝2.3，e＝0.5。
3.权利要求1所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求3或4所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特征在于，步骤2.2)具体为：
7.根据权利要求6所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特征在于：
9.根据权利要求3所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金的制备方法，其特征在于：
10.一种耐高温磨损零部件，其特征在于，采用权利要求1或2所述耐高温磨损的纳米沉淀强化多主元合金制作而成。
