阅读说明：本技术 一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金及其制备方法 (High-strength high-toughness corrosion-resistant cobalt-free high-entropy alloy and preparation method thereof ) 是由 叶喜葱 李哲 徐维权 方东 徐东 张文 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金及其制备方法,所述的无钴高熵合金,其中Fe：Ni：Cr：Mn：Al的原子百分比分别为30%~27.5%：30%~27.5%：15%：10%：15%~20%。制备工艺如下：选用纯度高于99.9wt.%的Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素作为原料进行配料,利用非自耗电弧炉熔炼制备该高熵合金。本发明所述高熵合金组织均匀,表现出优异的综合力学性能,且不含昂贵的Co元素,价格低廉。所述高熵合金的屈服强度均大于等于770 MPa,断裂应变均大于等于45%,耐3.5wt.%NaCl腐蚀性均优于不锈钢SUS304,应用前景广阔。(The invention discloses a high-strength high-toughness corrosion-resistant cobalt-free high-entropy alloy and a preparation method thereof, wherein the cobalt-free high-entropy alloy comprises the following components in parts by weight: ni: cr: mn: the atomic percentages of Al are respectively 30% -27.5%: 30% -27.5%: 15%: 10%: 15% -20%. The preparation process comprises the following steps: selecting five elements of Fe, Ni, Cr, Mn and Al with the purity higher than 99.9wt.% as raw materials to prepare the high-entropy alloy by smelting in a non-consumable electric arc furnace. The high-entropy alloy disclosed by the invention is uniform in structure, excellent in comprehensive mechanical property, free of expensive Co element and low in price. The yield strength of the high-entropy alloy is larger than or equal to 770MPa, the fracture strain is larger than or equal to 45%, the 3.5wt.% NaCl corrosion resistance is superior to that of stainless steel SUS304, and the application prospect is wide.)

一种高强高韧耐腐蚀无钴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，提供一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金。

背景技术

高熵合金是基于“化学无序”发展的新材料，主要提出了从熵的角度开发和研究合金材料，突破了过去合金材料基元的限制。高熵合金一般由五种及以上金属或非金属以等比或近等原子比的方式组合而成。为了探索更为广阔的领域，学者们将高熵合金的定义延申到合金内每种主元在体系中所占比例可以在5at.%~35at.%之间。与传统合金不同，多主元高熵合金是多种主元共同作用的结果，而非单一的体现出某种元素特有的性质。研究表明，多主元高熵合金凝固后，不仅不会形成数目众多的金属间化合物，反而倾向于形成简单的固溶体相。高熵合金的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及“鸡尾酒”效应使合金表现出优异的力学性能，良好的耐磨性、耐腐蚀、耐高温氧化性、高电阻率、优异的磁电等综合性能，具有广阔的应用前景。

FeNiCoCrMn合金最先由Cantor等人报道的。该合金由单一的FCC固相组成，在低温下表现出良好的强度和延性，但在室温下屈服强度难以满足工程实际需要。因此为了提高合金强度，研究者们做出了很大努力，但大多以加入高价Co元素，这大幅度提高成本。

刘亮等对Al_XCoCuFeNi合金研究则发现，随Al含量的增加，组织形貌由树枝晶形貌向等轴晶形貌转变，合金的硬度也显著增加；在Al_XCoCuFeNi合金中，Al₁CoCuFeNi合金具有最佳的室温压缩性能，抗压强度及压缩率分别为1548 MPa和8.9%。

综上，纵使目前所研发的合金室温强度优异，但韧性仍较低，且大量研究中含有较多昂贵的Co元素，为了从低价实用角度探索新材料，选择用其他元素替代Co。

发明内容

针对现有高熵合金强塑性匹配差问题，本发明提供一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金。为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

一种高强高韧耐腐蚀的无钴高熵合金，其中，其中Fe：Ni：Cr：Mn：Al的原子百分比分别为Fe：27.5%~30%、Ni：27.5%~30%、Cr：12%-18%、Mn：8%-12%、Al：15~20%。

进一步的，当原料组分按原子百分比如下：Fe：30%、Ni：30%、Cr：15%、Mn：10%、Al：15%时，所述合金为FCC+BCC+B2结构。

进一步的，当原料组分按原子百分比如下：Fe：27.5%、Ni：27.5%、Cr：15%、Mn：10%、Al：20%时，所述合金为BCC+B2结构。

其中，该制备方法包含以下几个步骤：

步骤一，选用Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素作为原料进行配料；

步骤二，去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并清洗、干燥；

步骤三，经熔炼得到所述的Fe-Ni-Cr-Mn-Al高熵合金。

进一步的，步骤一中，为避免熔炼过程出现有害杂质等影响合金性能，金属原料纯度均高于99.9wt.%。

进一步的，步骤三中，将从步骤一和二中获得的原料置于熔炼炉内，于真空度10^-3~10^-2Pa下进行熔炼。

（3）具体熔炼操作：根据合金熔点，将Fe、Al、Mn铺于坩埚底层，将Cr、Ni放置于上层，以使其在熔炼过程包裹于低熔点原料外层，减少挥发。考虑到炉内蒸汽压高，Mn易挥发，因此在抽真空前，添加额外1-1.5wt.% Mn。为保证真空炉内含氧量尽可能少，抽真空至10^-3~10^-2Pa时，充入高纯氩气（纯度99.99%）至0.3×10⁵Pa-0.5×10⁵Pa，目的使排尽炉内、气体管内残留的氧气。再进行抽真空10^-3~10^-2Pa，再打开分子泵，用分子泵将炉内抽至压力<1×10^-3Pa后，再充入氩气至0.3×10⁵Pa-0.5×10⁵Pa，进行正式熔炼之前，需要进行吸氧实验，将电极对准装有纯Ti的坩埚中间，距离纯Ti约3-5mm，引弧后熔炼1-2min，去除残留氧气，防止高熵合金熔炼时被氧化。熔炼合金锭时，需进行适当磁搅拌，保证受热均匀。然后将电弧移动到坩埚，控制电流20A-300A进行熔炼，熔炼时打开磁搅拌按钮，每熔完一遍后，用机械手进行合金锭翻面重熔，重复这样操作5~7遍，得到所述的高强高韧的无钴高熵合金。

上述方案的优选方案，将Fe、Al、Mn依次铺于坩埚底层，将Cr、Ni依次放置于外层，抽真空至6×10^-2Pa时，充入氩气至0.4×10⁵Pa，再进行抽真空，用分子泵将炉内抽至压力<1×10^-3Pa后，再充入氩气至0.5×10⁵Pa。

步骤（3）的熔炼过程中，将电弧移动到高熵合金原料坩埚时，设置电流强度为20-30A，加大电流至120-160A，使高熵合金原料的Cr和Ni熔化，晃动电极，让熔化的Cr和Ni沿着原料表层流动到坩埚底部，使熔化的金属液包裹底部的Mn和Al，再加大电流至280-300A，熔炼2-2.5分钟。

作为优选方案，步骤（3）的熔炼过程中，将电弧移动到高熵合金原料坩埚时，设置电流强度为25A，迅速加大电流至150A，熔炼20s，再加大电流至280A，熔炼2.5分钟。

本发明的技术构思是：Fe、Mn、Cr、Ni、Co等原子比形成的高熵合金被报道过是具有稳定单相FCC固溶体，而具有单相FCC结构的合金塑性好，强度差，难以满足工业生产应用要求。因此，为降低合金成本，同时考虑到Al元素的添加可以促进BCC相的形成，强化组织，用Al元素代替高价Co元素。在Fe-Ni-Cr-Mn-Al中，Al元素原子半径相对较大，易产生严重晶格畸变效应，提供合金强度。同时Al与Ni二元混合焓最负（在该合金体系中），易形成Al-Ni金属间化合物，即B2相，弥散分布在结构中，在并未严重牺牲塑性的基础上，大大提高合金强度。

上述高熵合金作为优质廉价结构材料的应用。通过研究Al含量对FeNiCrMn高熵合金的凝固组织和性能影响规律，从而获得一种具有优良性能的无Co高熵合金。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金，所述高熵合金组织均匀，所述高熵合金的屈服强度均大于等于770 MPa，断裂应变均大于等于45%，具有很高的强度同时，表现出优异的塑韧性。所述高熵合金的自腐蚀电位E_corr均大于等于-0.106V，临界点蚀电位E_p均大于等于0.449V。合金耐3.5wt.%NaCl腐蚀性能均高于不锈钢SUS304。具有良好的耐蚀性能和抗点蚀能力，高于不锈钢SUS304，同时抗点蚀能力良好。并且该高熵合金不含昂贵地Co，价格相对低廉，在作为优质廉价结构材料的应用时，作为优选方案，本发明将Fe、Ni的摩尔比设置为1:1。

附图说明

图1为高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金的XRD图谱。

图2为高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金的室温压缩应力应变曲线。

图3为高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金的极化曲线。

图4 为高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金金相组织图，其中，(a)为Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅；(b)为Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀；(c)Fe_32.5Ni_32.7Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀；(d)Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅。

图5为高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金背散射显微组织照片，其中(a)与(b)为Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅；(c)与(d)为 Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀；(e)与(f)Fe_32.5Ni_32.7Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀；(g)与(h)Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅。

具体实施方式

对所述高熵合金的组织结构表征、力学性能及电化学性能测试信息如下：

(1)物相分析：采用UltimaIV型Cu Kα射线衍射仪（λ=1.54Å）进行x射线衍射分析，工作电压和电流分别为40Kv和40mA，以2θ扫描范围从20°到100°，速度4°/min，结果如图1。

(2)显微组织：利用扫描电子显微镜在不同倍数下对试样进行组织观察，结合仪器附带的能谱对不同区域进行点扫描与面扫描，分析元素成分，结果如图4、5。

(3)力学性能：根据GB/T 7314-2017金属材料室温压缩试验方法的相关要求，实施室温压缩实验，实验压缩加载速率为0.36mm/min。每种成分合金进行2次实验，应力应变曲线数据为两次平均值，结果如图2。

(4)电化学性能：在恒电位仪工作站PARSTAT 2263上进行动电位极化实验，将试样浸入3.5wt.% NaCl溶液中。电化学测试采用三电极体系，工作电极为测试试样，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为纯铂片。扫描速率为5mV/s，扫描电位区间为-2V-1V，当电流密度超过1mA/cm²停止实验，扫描重复2次以确保准确性，结果如图3。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅

步骤一、选用Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度均大于99.9wt.%。

步骤二、所述合金的Fe：Ni：Cr：Mn：Al的摩尔比依次为30%：30%：15%：10%：15%，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化为各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Fe)=32.40%、wt(Ni)=34.05%、wt(Cr)=15.08%、wt(Mn)=10.63%、wt(Al)=7.84%，并以制备合金总质量进行各元素配料。

步骤三、利用机械与化学相结合的方法去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用，即利用砂纸打磨去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并利用有机溶液超声清洗，随后烘干备用。

步骤四、将Fe、Al、Mn铺于坩埚底层，将Cr、Ni放置于外层，Mn再添加占Fe、Ni、Cr、Mn、Al总质量的1wt.%，抽真空至10^-3~10^-2Pa时，充入氩气至0.4×10⁵Pa，再进行抽真空6×10^-2Pa，再打开分子泵，用分子泵将炉内抽至压力0.8×10^-3Pa后，再充入氩气至0.4×10⁵Pa，将电极对准装有纯Ti的坩埚中间，距离纯Ti 4mm，引弧后熔炼1.5min，去除残留氧气，控制电流至25A，然后将电弧移动到高熵合金原料上，加大电流至150A，熔炼20s，使高熵合金原料的Cr和Ni熔化，晃动电极，让熔化的Cr和Ni沿着原料表层流动到坩埚底部，使熔化的金属液包裹底部的Mn和Al，尽量减少熔炼过程中原料挥发，再加大电流至280A，熔炼2.5分钟，熔炼时打开磁搅拌按钮，每熔完一遍后，用机械手进行合金锭翻面重熔，重复这样操作5遍，得到所述的高强高韧的无钴高熵合金Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅。

对实施例中的Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅高熵合金试样进行物相分析，其X射线衍射（XRD）谱图如图1所示。由图中可以看出Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅合金为FCC+BCC+B2结构。

对本例中的Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅高熵合金试样进行显微组织分析，其光学显微镜照片如图4(a)所示，背散射显微组织（BSE）照片如图5（a-b），由图分析可知，Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅合金为片层状组织，形成的FCC相和BCC相呈交替排列。

对本例中的Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅高熵合金试样进行室温压缩实验，其压缩真应力-应变曲线如图2所示，可知Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅合金的屈服强度为770MPa，断裂应变大于70%。具有良好的塑性和强度。

对本例中的Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅高熵合金试样进行电化学性能测试，其极化曲线如图3所示，可知Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅合金的E_corr=-0.023V，I_corr=92.79μA/cm²，E_p=0.585V。研究表明(DOI:10.1016/j.matchemphys.2017.07.085)，不锈钢SUS304的自腐蚀电位E_corr=-0.215V，临界点蚀电位E_p=0.613V。对比得，Fe₃₀Ni₃₀Cr₁₅Mn₁₀Al₁₅合金的耐3.5wt.% NaCl腐蚀性能优异，明显高于不锈钢SUS304，同时抗点蚀能力良好。

实施例2

一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀

步骤一、选用Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度均大于99.9wt.%。

步骤二、所述合金的Fe：Ni：Cr：Mn：Al的摩尔比依次为27.5%：27.5%：15%：10%：20%，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化为各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Fe)=30.60%、wt(Ni)=32.16%、wt(Cr)=15.54%、wt(Mn)=10.95%、wt(Al)=10.75%，并以制备合金总质量进行各元素配料。

步骤三、利用机械与化学相结合的方法去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用，即利用砂纸打磨去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并利用有机溶液超声清洗，随后烘干备用。

步骤四、将Fe、Al、Mn铺于坩埚底层，将Cr、Ni放置于上层，Mn再添加占Fe、Ni、Cr、Mn、Al总质量的1wt.%，抽真空至10^-3~10^-2Pa时，充入氩气至0.4×10⁵Pa，再进行抽真空6×10^-2Pa，再打开分子泵，用分子泵将炉内抽至压力0.8×10^-3Pa后，再充入氩气至0.4×10⁵Pa，将电极对准装有纯Ti的坩埚中间，距离纯Ti 4mm，引弧后熔炼1.5min，去除残留氧气，控制电流至25A，然后将电弧移动到高熵合金原料上，加大电流至150A，熔炼25s，使高熵合金原料的Cr和Ni熔化，晃动电极，让熔化的Cr和Ni沿着原料表层流动到坩埚底部，使熔化的金属液包裹底部的Mn和Al，尽量减少熔炼过程中原料挥发，再加大电流至280A，熔炼2.5分钟，熔炼时打开磁搅拌按钮，每熔完一遍后，用机械手进行合金锭翻面重熔，重复这样操作6遍，得到所述的高强高韧的无钴高熵合金Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀高熵合金。

对实施例中的Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀高熵合金试样进行物相分析，其X射线衍射（XRD）谱图如图1所示。由图中可以看出Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀合金为BCC+B2结构。

对本例中的Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀高熵合金试样进行显微组织分析，其光学显微镜照片如图4(b)所示，背散射显微组织（BSE）照片如图5（c-d），由图分析可知，Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀合金组织为非等轴树枝晶形貌。

对本例中的Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀高熵合金试样进行室温压缩实验，其压缩真应力-应变曲线如图2所示，可知Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀合金的屈服强度为1013MPa，抗压强度为1590MPa，断裂应变45%，具有很高的强度同时，表现出良好的塑韧性。

对本例中的Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀高熵合金试样进行电化学性能测试，其极化曲线如图2所示，可知Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀合金的E_corr=-0.106V，I_corr=99.74μA/cm²，E_p=0.449V。研究表明(DOI:10.1016/j.matchemphys.2017.07.085)，不锈钢SUS304的自腐蚀电位E_corr=-0.215V，临界点蚀电位E_p=0.613V。对比可得，Fe_27.5Ni_27.5Cr₁₅Mn₁₀Al₂₀合金耐3.5wt.% NaCl腐蚀性能优异，高于不锈钢SUS304，同时抗点蚀能力良好。

实施例3

一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀

步骤一、选用Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度均大于99.9wt.%。

步骤二、所述合金的Fe：Ni：Cr：Mn：Al的摩尔比依次为32.5%：32.5%：15%：10%：10%，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化为各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Fe)=34.11%、wt(Ni)=35.84%、wt(Cr)=14.66%、wt(Mn)=10.32%、wt(Al)=5.07%，并以制备合金总质量进行各元素配料。

步骤三、利用机械与化学相结合的方法去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用，即利用砂纸打磨去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并利用有机溶液超声清洗，随后烘干备用。

步骤四、将Fe、Al、Mn铺于坩埚底层，将Cr、Ni放置于外层，Mn再添加占Fe、Ni、Cr、Mn、Al总质量的1wt.%，抽真空至10^-3~10^-2Pa时，充入氩气至0.4×10⁵Pa，再进行抽真空6×10^-2Pa，再打开分子泵，用分子泵将炉内抽至压力0.8×10^-3Pa后，再充入氩气至0.4×10⁵Pa，将电极对准装有纯Ti的坩埚中间，距离纯Ti 4mm，引弧后熔炼1.5min，去除残留氧气，控制电流至25A，然后将电弧移动到高熵合金原料上，加大电流至150A，熔炼20s，使高熵合金原料的Cr和Ni熔化，晃动电极，让熔化的Cr和Ni沿着原料表层流动到坩埚底部，使熔化的金属液包裹底部的Mn和Al，尽量减少熔炼过程中原料挥发，再加大电流至280A，熔炼2.5分钟，熔炼时打开磁搅拌按钮，每熔完一遍后，用机械手进行合金锭翻面重熔，重复这样操作5遍，得到所述的高强高韧的无钴高熵合金Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀。

对实施例中的Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀高熵合金试样进行物相分析，其X射线衍射（XRD）谱图如图1所示。由图中可以看出Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀合金为FCC+BCC结构。

对本例中的Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀高熵合金试样进行显微组织分析，其光学显微镜照片如图4(c)所示，背散射显微组织（BSE）照片如图5（e-f），由图分析可知，Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀合金为典型的树枝晶组织。

对本例中的Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀高熵合金试样进行室温压缩实验，其压缩真应力-应变曲线如图2所示，可知Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀合金的屈服强度为280MPa，断裂应变大于70%。塑性较好，但屈服强度远低于770MPa。

对本例中的Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀高熵合金试样进行电化学性能测试，其极化曲线如图3所示，可知Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀合金的E_corr=-0.717V，I_corr=57.80μA/cm²，E_p=-0.209V。研究表明(DOI:10.1016/j.matchemphys.2017.07.085)，不锈钢SUS304的自腐蚀电位E_corr=-0.215V，临界点蚀电位E_p=0.613V。对比得，Fe_32.5Ni_32.5Cr₁₅Mn₁₀Al₁₀合金的耐3.5wt.% NaCl腐蚀性能低于不锈钢SUS304，同时抗点蚀能力较差。

实施例4

一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅

步骤一、选用Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度均大于99.9wt.%。

步骤二、所述合金的Fe：Ni：Cr：Mn：Al的摩尔比依次为25%：25%：15%：10%：25%，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化为各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Fe)=28.68%、wt(Ni)=30.15%、wt(Cr)=16.02%、wt(Mn)=11.29%、wt(Al)=13.86%，并以制备合金总质量进行各元素配料。

步骤三、利用机械与化学相结合的方法去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用，即利用砂纸打磨去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并利用有机溶液超声清洗，随后烘干备用。

步骤四、将Fe、Al、Mn铺于坩埚底层，将Cr、Ni放置于上层，Mn再添加占Fe、Ni、Cr、Mn、Al总质量的1wt.%，抽真空至10^-3~10^-2Pa时，充入氩气至0.4×10⁵Pa，再进行抽真空6×10^-2Pa，再打开分子泵，用分子泵将炉内抽至压力0.8×10^-3Pa后，再充入氩气至0.4×10⁵Pa，将电极对准装有纯Ti的坩埚中间，距离纯Ti 4mm，引弧后熔炼1.5min，去除残留氧气，控制电流至25A，然后将电弧移动到高熵合金原料上，加大电流至150A，熔炼25s，使高熵合金原料的Cr和Ni熔化，晃动电极，让熔化的Cr和Ni沿着原料表层流动到坩埚底部，使熔化的金属液包裹底部的Mn和Al，尽量减少熔炼过程中原料挥发，再加大电流至280A，熔炼2.5分钟，熔炼时打开磁搅拌按钮，每熔完一遍后，用机械手进行合金锭翻面重熔，重复这样操作6遍，得到所述的高强高韧的无钴高熵合金Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅高熵合金。

对实施例中的Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅高熵合金试样进行物相分析，其X射线衍射（XRD）谱图如图1所示。由图中可以看出Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅合金为BCC+B2结构。

对本例中的Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅高熵合金试样进行显微组织分析，其光学显微镜照片如图4(d)所示，背散射显微组织（BSE）照片如图5（g-h），由图分析可知，Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅合金组织为等轴晶组织，由交替的亮相和暗相组成。

对本例中的Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅高熵合金试样进行室温压缩实验，其压缩真应力-应变曲线如图2所示，Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅合金的屈服强度为1088MPa，抗压强度为1660MPa，断裂应变42%，具有很高的强度，但塑性略有下降。

对本例中的Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅高熵合金试样进行电化学性能测试，其极化曲线如图2所示，可知Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅合金的E_corr=-0.6286V，I_corr=98.05μA/cm²，E_p=-0.291V。研究表明(DOI:10.1016/j.matchemphys.2017.07.085)，不锈钢SUS304的自腐蚀电位E_corr=-0.215V，临界点蚀电位E_p=0.613V。对比可得，Fe₂₅Ni₂₅Cr₁₅Mn₁₀Al₂₅合金耐3.5wt.% NaCl腐蚀性能较差，低于不锈钢SUS304，同时抗点蚀能力较差。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。