[發(fā)明專利]受載相變型NbZrTiTaAlx高熵合金及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810095019.7
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108425060B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐宇;李順;白書欣;張虹;葉益聰;王睿鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22B9/20
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 黃麗

本發(fā)明公開了一種受載相變型NbZrTiTaAl_x高熵合金及其制備方法和應(yīng)用，所述NbZrTiTaAl_x高熵合金主要由Nb、Zr、Ti、Ta和Al元素組成，各元素的摩爾比為Nb：Zr：Ti：Ta：Al＝a：b：c：d：x，其中a、b、c和d均獨(dú)立的取值為[0.98,1.02]中的任意值，x＝0～0.3，還包括不可避免的雜質(zhì)元素。其制備方法，包括以下步驟：將所述摩爾比的冶金原料在氬氣氣氛下進(jìn)行電弧熔煉，熔煉電流為250A～700A，熔清后提升電流至600A以上，然后熄弧。本發(fā)明的NbZrTiTaAl_x高熵合金具有高密度高強(qiáng)度高塑性和優(yōu)異釋能特性，可應(yīng)用于含能結(jié)構(gòu)材料中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料及其制備領(lǐng)域，具體涉及一種受載相變型NbZrTiTaAl_x高熵合金、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

含能結(jié)構(gòu)材料又稱含能金屬材料或反應(yīng)金屬材料，指將一種或多種金屬以一定的工藝方法組合形成具有優(yōu)異力學(xué)性能的多功能反應(yīng)材料。含能結(jié)構(gòu)材料具有結(jié)構(gòu)能量一體化的特點(diǎn)，具有強(qiáng)度和釋能的雙重特性。在高速撞擊和侵徹目標(biāo)時，在強(qiáng)烈的沖擊載荷作用下，自身組元之間或者組元與環(huán)境之間會發(fā)生二次反應(yīng)釋能，在動能打擊的基礎(chǔ)上附加化學(xué)能，對目標(biāo)產(chǎn)生燃爆毀傷。現(xiàn)有含能結(jié)構(gòu)材料主要有金屬/金屬氧化物型、金屬/鹵族聚合物型和金屬型三類。前兩類含能結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能較差，強(qiáng)度通常低于100MPa。與前兩類材料相比，金屬型含能結(jié)構(gòu)材料在力學(xué)強(qiáng)度方面優(yōu)勢明顯，拉伸強(qiáng)度可達(dá)200MPa以上。但是為了在保證良好的侵徹效果和釋能潛力之外，還能同時滿足不同服役階段需求的力學(xué)性能，仍然需要進(jìn)一步發(fā)展出具有高密度、高強(qiáng)度、高能量密度以及可動態(tài)調(diào)節(jié)塑性的新型含能結(jié)構(gòu)材料。

高熵合金的設(shè)計理念于20世紀(jì)90年代被提出，這一新理念擺脫了傳統(tǒng)合金的設(shè)計思路，將多種(通常≥5)元素等比或近等比加入，可形成綜合性能優(yōu)異的無主元單相/雙相固溶體。高熵合金具有成分設(shè)計靈活的特點(diǎn)，即將多種特定元素按一定比例混合可形成結(jié)構(gòu)簡單的亞穩(wěn)態(tài)固溶體。多組元簡單固溶體產(chǎn)生的嚴(yán)重晶格畸變和微納米化結(jié)構(gòu)能進(jìn)一步提升合金的強(qiáng)度，使高密度高燃燒熱值元素構(gòu)成的高熵合金理論上能滿足含能結(jié)構(gòu)材料高密度、高強(qiáng)度和高能量密度的要求。高熵合金具有發(fā)展為一類新型含能結(jié)構(gòu)材料的巨大潛力。

但是，現(xiàn)有的高熵合金無法同時解決脆性材料無法承受高速飛行過載和非脆性材料在高速撞擊后無法充分破碎的問題，無法滿足含能結(jié)構(gòu)材料在不同服役階段對材料塑性的不同需求。因此，亟待開發(fā)出新型的高熵合金，以解決上述的問題，滿足含能結(jié)構(gòu)材料的要求。本發(fā)明遂應(yīng)運(yùn)而生。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述的問題，本發(fā)明提供了一種具有高密度高強(qiáng)度高塑性和優(yōu)異釋能特性的 NbZrTiTaAl_x高熵合金及其制備方法和應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種受載相變型NbZrTiTaAl_x高熵合金，所述NbZrTiTaAl_x高熵合金主要由Nb、Zr、Ti、 Ta和Al元素組成，各元素的摩爾比為Nb：Zr：Ti：Ta：Al＝a：b：c：d：x，其中a、b、c 和d均獨(dú)立的取值為[0.98,1.02]中的任意值，x＝0～0.3，還包括不可避免的雜質(zhì)元素。

優(yōu)選的，其中a＝b＝c＝d＝1。優(yōu)選的，其中x＝0或0.1～0.3。

優(yōu)選的，合金的各項性能參數(shù)：密度8.28～9.29g/m³，壓縮斷裂強(qiáng)度1331～2033MPa，壓縮斷裂變形率4.71～18.48％，拉伸斷裂強(qiáng)度409～917MPa，拉伸斷裂變形率9.92～16.12％。

上述的受載相變型NbZrTiTaAl_x高熵合金的制備方法，包括以下步驟：將所述摩爾比的冶金原料在氬氣氣氛下進(jìn)行電弧熔煉，熔煉電流為250A～700A，熔清后提升電流至600A以上，然后熄弧。