[發明專利]一種氮強化的TiZrHfNb基高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201410660888.1
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN105671392B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 呂昭平;雷智鋒;何駿陽;黃海龍;吳淵;王輝;劉雄軍
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C27/00;C22C28/00;C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于金屬材料及其制備領域，尤其涉及一種氮強化的TiZrHfNb基高熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金，又名高混亂度合金，是一種擁有5-13元的多主元合金。由于其高溫熱穩定性、耐蝕性、高強度、高抗氧化性以及優良的磁電性能等，為金屬材料開創了一個新的領域，是目前極具發展潛力的新興材料。高熵合金中的合金元素以等摩爾比或非等摩爾比配比，也可以微量添加元素來達到改性的目的，其主要組元數目n≥5，且每種元素的原子百分比不超過35%，高熵合金的高熵效應使得傳統二元或多元合金間易于形成的金屬間化合物會被完全抑制，體系一般只形成單一的BCC、FCC結構固溶體亦或非晶相，同時可以在普通鑄態下形成納米組織。

高熵合金是一種全新的合金設計理念，完全不同于傳統金屬材料，許多超乎尋常的現象孕育在這種新的合金設計理念中。這些新的現象主要包括：（1）高混合熵效應。高熵合金中較多的組元導致系統的混合熵比形成金屬間化合物的熵變還要大時，高熵效應就會抑制脆性金屬間化合物的出現，促進元素間混合形成簡單的BCC或FCC結構；（2）緩慢擴散效應。相變取決于原子擴散，它需要組元之間的協同擴散才能達到不同相的平衡分離。這種必要的協同擴散，以及阻礙原子運動的晶格畸變，都會限制高熵合金中的有效擴散速率。在高熵合金的鑄造過程中，冷卻時的相分離在高溫區間通常被抑制從而延遲到低溫區間，這正是鑄態高熵合金基體中往往出現納米析出物的原因所在。（3）雞尾酒效應。由于包含多種主要元素，高熵合金可以看作是原子尺度的復合材料。因此，除各種元素對于微觀組織的間接影響外，源于元素的基本特性以及它們之間的相互作用使得高熵合金呈現出一種復合效應，即“雞尾酒效應”。（4）晶格畸變效應。高熵合金中容易形成包含多種主要組元元素的固溶體相，這樣一個包含多種元素的晶格一定是嚴重畸變的，因為所有原子既可看作溶質原子也可看作溶劑原子，而且原子尺寸都不一樣。高熵合金中的晶格畸變效應會導致其高的固溶強化、熱阻、電阻等特性。

正是由于高熵合金特有的組織特點以及獨特的性能，其應用前景十分廣泛：（1）高硬度且耐磨耐高溫的工具、模具和刃具；（2）利用噴涂、濺鍍、鑄造包覆等方法制備高爾夫球頭的擊打面，油壓氣壓桿、鋼管及軋壓筒等各種器件的硬面；（3）高頻變壓器、馬達的磁芯、磁屏蔽、磁頭、磁碟、磁光碟、高頻軟磁薄膜及喇叭；（4）化學工廠、輪船、油井等的耐蝕高強度材料；（5）渦輪葉片、焊接材料、熱交換器及高溫爐的材料；（6）超高大樓結構的耐火骨架；（7）儲氫材料；（8）微機電元件、電路板的封裝材料等；（9）噴鍍金屬材料的抗擴散膜。

目前開發的高熵合金成分很多，其中FeCoNiCrMn高熵合金研究最為廣泛，該合金的拉伸塑性可以達到60%，但其強度較低，僅有不到500MPa。然而BCC難溶點高熵合金的拉伸性能鮮有報道。傳統的微合金化元素是C、B、Si、Al等，本發明創新地使用N元素來強化TiZrHfNb基高熵合金體系的拉伸性能，強化效果非常明顯。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種具有高的強度、高的塑性且加工硬化率低的TiZrHfNb基高熵合金，具有簡單的體心立方結構的氮強化的TiZrHfNb基高熵合金及其制備方法。

本發明的技術方案是：一種氮強化的TiZrHfNb基高熵合金，所述高熵合金材料成分的原子百分比表達式為Ti_aZr_bHf_cNb_dN_p，其中0＜a≤35,0＜b≤35,0＜c≤35,0＜d≤35,0＜p≤5，且a+b+c+d+p=100。

進一步，所述高熵合金材料成分的原子百分比表達式為Ti_aZr_bHf_cNb_dM_fN_p，其中M為I、J、K或L 中的一種或多種，I取自C、B、Al、Si、P、Ga、In、Sn、Pb、Ge、As、Sb或Te中的至少一種，J為Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Au、Ag、Pd、Pt、Cd或Ru中的至少一種，K為V、Ta、Cr、W、Mo、Y、Mg、Ca中的至少一種，L為稀土元素中的至少一種，0＜a≤35,0＜b≤35,0＜c≤35,0＜d≤35，0≤f≤35,0＜p≤5，且a+b+c+d+f+p=100。