[發(fā)明專利]一種TiZrNbMoxHfy多主元高溫合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410508603.2
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104213013A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 王亮;郭娜娜;蘇彥慶;駱良順;李新中;郭景杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發(fā)明涉及金屬材料及其制備領域，提供了一種新型TiZrNbMo_xHf_y多主元高溫合金及其制備方法，該多主元合金將在高溫下具有很好的應用前景。

背景技術

傳統(tǒng)的合金設計是以一種或兩種元素為主元，通過添加少量的其他元素來改善合金組織結構及性能。然而這種傳統(tǒng)的合金設計方法限制了合金體系的發(fā)展。2004年臺灣學者葉均蔚峰率先提出了多主元合金的設計理念，并把多主元合金定義為包含五種或五種以上合金元素，每種元素的原子百分比在5％～35％之間。多主元合金的提出為新型合金體系的發(fā)展提供了廣闊的思路。

以多種元素為主元的特征賦予多主元合金系具有四個顯著的效應：(1)熱力學上的高混合熵效應，(2)動力學上的緩慢擴散效應，(3)晶體學上的晶格畸變效應，(4)性能上的雞尾酒效應。在四種效應的作用下多主元合金具有很多結構與性能的優(yōu)異性。結構上，多主元合金傾向于形成簡單的面心立方(FCC)或體心立方(BCC)相甚至非晶相或者納米析出相，且形成相的數(shù)量一般遠低于吉布斯相率所預測的相數(shù)。性能上，多主元合金具有優(yōu)異的綜合性能，通過合理的元素選擇，合金可以具有高的強度，高的硬度，良好的耐磨性，良好的耐腐蝕性及抗高溫軟化性。此外，多主元合金可以通過多種技術成功制備如電弧熔煉，感應熔煉，機械合金化，激光熔覆，等離子噴涂，磁控濺射等技術來制備高熵合金塊體，涂層，薄膜等。

目前研究的多主元合金體系大多數(shù)是基于Al，F(xiàn)e，Cu，Co，Ni，Cr，Mn等元素，對于全部元素均為高熔點元素Ti，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，W等的多主元合金體系及組成元素在所在合金體系中對組織結構及性能的影響研究較少。因此研究多主元均為高熔點元素的合金不僅能夠豐富多主元合金體系，而且為開發(fā)新的高溫合金體系提供了新的發(fā)展思路。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)等摩爾比合金TiZrNbMoHf能夠形成單一的體心立方相，然而該合金中組成元素對合金組織及性能的影響尚不清楚，而在所有組成元素中，Hf元素的密度是最高，價格是最貴的，其次是Mo元素，因此研究Mo及Hf元素含量變化對組織結構及性能的影響對該合金在高溫領域尤其是航空航天領域的廣泛應用具有重要的研究意義。

而在哈爾濱工業(yè)大學，林麗蓉于2007年7月發(fā)表的《高熔化溫度五元高熵合金組織及性能研究》碩士論文中，雖然公開了其研究的高熵合金里包含有TiZrNbMoHf合金，但是其限定的合金組分配比必須嚴格要求在1:1:1:1:1的值，如果超出這一范圍值，那么合金的微觀組織形貌，晶體結構就會發(fā)生不確定性的變化，而且，其全文也并沒有給出相應的啟示，減少Hf原料的量，改變Mo與Hf的比例關系，可以使合金具有很好的晶體立方結構，并具有明顯的壓縮性能，硬度等方面的提升，

而且，在其論文中1.6部分已經(jīng)表明：高熵合金的研究還是一塊處女地，無論理論研究還是實驗研究結果都非常少。人們對這一合金化過程的機理以及其中涉及到的諸多科學問題基本還沒有認識?，F(xiàn)在出現(xiàn)的一些高熵合金體系也只是通過所謂的雞尾酒式的方法調(diào)配而成，還沒有建立科學選擇合金元素的理論。另外，對高熵合金凝固后的組織結構以及各方面的性能比如力學性能、耐高溫和耐磨性能、電學和磁學性能以及其它一些物理系性能，都還沒有清晰的認識。盡管如此，我們還是只能嘗試，不斷地嘗試，并從失敗的實驗中總結出規(guī)律。

由此可知，現(xiàn)有技術中并沒有高熵合金體系中各金屬之間的機理的研究，本領域技術人員也并可能通過簡單隨意地改變高熵合金體系中每個金屬的比例，就能得到理想的合金，這也不符合本領人員的研究高熵合金常規(guī)方法。所以說，林麗蓉的碩士論文其選用的TiZrNbMoHf合金用量比是均等的，而Mo和Hf元素又是非常昂貴的一種元素，如何在節(jié)約成本的前提下，又不能是上述合金的性不能不降低，甚至有所提高，論文中并沒有給出相應的說明或者技術啟示。

另外，在2014年2月26號公開的，公開號為：CN103602872A，名稱為：一種TiZrNbVMo_x高熵合金及其制備方法，雖然給出了一種高熵合金成分，但是其并沒有涉及到Hf元素的合金體系，而加入Hf與不加入Hf，相應的結構和性能發(fā)生何種變化，是否能夠達到預期的目標，其并沒有給出。并且，也沒有給出減少Mo的比例，合金的結構和性能會有什么樣的變化，其也并沒有給出說明。