[發明專利]HfZrTiTax高熵合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611090834.1
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106636845B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 朱利安;白書欣;葉益聰;李順;張虹;白宏德;張周然;郭運佳
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙洪;張鮮

本發明公開了一種HfZrTiTa_x高熵合金及其制備方法和應用。HfZrTiTa_x高熵合金主要由Hf、Zr、Ti和Ta元素組成，Hf、Zr、Ti和Ta的摩爾比為1∶1∶1∶0.16～1.29。制備方法包括(1)稱量冶金原料；(2)將冶金原料置于電弧爐內進行合金熔煉，起弧電流為250A，熔煉電流為250A～450A，熔清后攪拌30s～60s，并保持熔清時間5～6分鐘，待合金快速冷卻后將其翻轉，如此重復合金熔煉過程5～6次，得到HfZrTiTa_x高熵合金。本發明的HfZrTiTa_x高熵合金具有優異釋能特性和高強高密高硬度性能，可應用于含能結構材料中。

技術領域

本發明屬于金屬材料及其制備領域，具體涉及一種HfZrTiTa_x高熵合金含能結構材料及其制備方法。

背景技術

反應材料結構，也被稱作含能結構材料，通常是一種將強度和含能特性(例如高密度，高能量釋放以及低感度)相結合的多功能反應材料。這些材料在室溫和普通火焰燃燒狀態下能保持穩定，但是當受到如高溫，高壓或高速撞擊等作用而達到臨界態時會釋放出巨大的能量。由于含能結構材料的高結構強度和釋能特性，它們可以發展成為一類新型的高效毀傷單元，不僅可以應用于射孔彈增加石油開采效率，也被廣泛應用于研發微型推力裝置，高威力武器等。含能結構材料不是依靠單一的“動能侵徹”機理對目標進行低效的“機械貫穿”毀傷，而是通過“動能侵徹”和“化學能釋放”等毀傷機理聯合作用，實現對目標的高致命性“結構毀傷”。含能材料通常分為三類，即金屬/金屬復合材料(如鋁/聚四氟乙烯)，金屬/ 金屬氧化物(如鋁熱劑)和金屬/金屬材料。其中，金屬/金屬氟聚物類材料雖然具有較好的釋放特性，但其強度很低，通常低于100MPa；金屬/金屬氧化物的少數報道中，力學性能也較差，強度低于100MPa；而金屬/金屬材料，雖其強度達到200-600MPa，但是能量密度較低。由此，科研人員投入大量工作以探索并研制具有高強高密和高能量密度的新型含能結構材料。 2014年，MATSYS公司采用熱等靜壓和放電等離子燒結制備基于W、Al、Zr或Hf的成分不同的纖維增強復合含能結構材料，其中W-Zr-環氧樹脂(體積含量為30-30-40)復合含能材料具有理論能量5534J/g，其密度為6.68g/cm³，室溫下拉伸強度為550MPa，拉伸斷裂變形率為10.06％。但是，為維持含能結構材料撞擊過程中結構穩定性，仍然需要進一步發展出具有更高強度，充足塑性以及高能量高密度的新型材料。

2004年，一個全新的合金設計理念被提出，即高熵合金。不同于傳統金屬材料以一種或兩種元素為主要成分并在其中添加少量或微量其它元素以改善性能，高熵合金則是將多元金屬元素(通常大于或等于5)以等摩爾比或者近等摩爾比混合在一起得到的一類新型合金。根據混合定律，由高燃燒熱值元素構成的高熵合金應該具有高的能量密度，另外，嚴重晶格畸變效應通過固溶強化機制等可使高熵合金具有出色的力學性能。因此，高熵合金具有發展為一類新型含能結構材料的巨大潛力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有優異釋能特性、高強高密高硬度的HfZrTiTa_x高熵合金及其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種HfZrTiTa_x高熵合金，所述HfZrTiTa_x高熵合金主要由Hf、Zr、Ti和Ta元素組成，所述Hf、Zr、Ti和Ta的摩爾比為1∶1∶1∶x＝1∶1∶1∶0.16～1.29(即x為摩爾比，x的取值范圍為0.16～1.29)。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述的HfZrTiTa_x高熵合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照所述摩爾比稱量Hf、Zr、Ti和Ta冶金原料；