[發明專利]一種微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta難熔高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201810208569.5
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108220742B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 薛云飛;曹堂清;王本鵬;王富恥;王魯;劉旭東;岳晗;才鴻年
• 申請（專利權）人: 北京中辰至剛科技有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜

本發明涉及一種微合金化Ti?Zr?Hf?V?Nb?Ta難熔高熵合金及其制備方法，屬于金屬材料技術領域。所述難熔高熵合金主要是通過調節主要組元的配比并添加少量微合金化元素，使難熔高熵合金兼具良好的塑性和較高的強度，而且可以在較寬的范圍內調節其密度；另外，在制備過程中，先將高熔點Hf、Nb、Ta和除Al外的微合金化元素進行預合金化熔煉，隨后添加Ti、Zr、V和Al進行最終合金化熔煉，有利于確保熔點差異巨大的幾種組元的均勻混合，保證所制備的難熔高熵合金具有優異的綜合性能。

技術領域

本發明具體涉及一種兼具高強度和良好塑性的微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta難熔高熵合金及其制備方法，屬于金屬材料技術領域。

背景技術

高熵合金也稱作多主元合金，是近年發展起來的一類新型合金，其定義為由五種及以上元素按等原子比或近等原子組成的合金，每種主要組元的含量為5～35at.％；此外，還可以添加其它合金元素進行合金化，添加量小于5at.％。高熵合金的多主元組成特點，不同于傳統合金有明確的基體元素(如Fe基合金、Ti基合金、Al基合金和Ni基合金等)，所以在液態或無序固溶體狀態下具有很高的混合熵，而且高混合熵能夠穩定固溶體相，使這類合金具有較簡單的相組成和顯微組織。

由于多主元效應(高熵效應、遲滯擴散效應、晶格畸變效應和雞尾酒效應)，高熵合金的冶金物理作用機制有別于傳統合金，從而表現出了一系列優異的性能，如突出的高溫強度、良好的低溫韌性、耐磨性能、耐腐蝕性以及優異的抗輻照性能等。因此，高熵合金具有廣闊的應用前景，例如：高強度、高硬度的刀具及模具；耐磨抗腐蝕涂層；渦輪葉片、焊接釬料及熱交換器耐熱材料；高強結構材料；生物醫用材料等。

目前已報道的典型高熵合金可分成四種類型：以Co、Cr、Fe、Ni、Mn和Cu為主要組成元素的FCC結構固溶體高熵合金，典型的有CoCrFeNi、CoCrFeNiMn和CoCrFeNiCu；在Co、Cr、Fe、Ni、Mn和Cu的基礎上添加Al或/和Ti元素構成的BCC結構固溶體高熵合金，典型的有AlCoCrFeNi和AlCrFeCoNiTi_0.5；由高熔點元素Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W組成的難熔高熵合金，一般為BCC結構的固溶體；具有無序結構的高熵非晶合金Zn₂₀Ca₂₀Sr₂₀Yb₂₀(Li_0.55Mg_0.45)₂₀、PdPtCuNiP和TiZrCuNiBe等。其中，研究最為廣泛的FeCoCrNiMn高熵合金具有高達60％的拉伸塑性，但是屈服強度不到300MPa。難熔高熵合金具有屈服強度高，高溫性能良好的優勢，在高溫材料領域具有應用前景；然而，現有的難熔高熵合金存在塑性差(室溫幾乎沒有拉伸塑性)，密度高等問題(一般超過8g/cm³)。這極大的限制了難熔高熵合金的實際應用，因此，開發具有良好強塑性匹配的難熔高熵合金具有重要意義。

發明內容

針對現有難熔高熵合金塑性差的問題，本發明的目的在于提供一種微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta難熔高熵合金及其制備方法，主要通過調節主要組元的配比并添加少量微合金化元素，使難熔高熵合金兼具良好的塑性和較高的強度，而且可以在較寬的范圍內調節其密度；另外，采用成熟的熔煉合金化工藝進行制備，操作簡單。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta難熔高熵合金，所述難熔高熵合金是由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta以及微合金化元素組成，其化學式記為Ti_aZr_bHf_cV_dNb_eTa_fM_x；