[發(fā)明專利]一種輕質(zhì)超韌高強(qiáng)NbTiVAlxZry鑄態(tài)高熵合金

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811231620.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN110669977A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪濤;許金亮;陸永發(fā);張陜南;王春雨;未文超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C30/00
• 分類號(hào): C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 32203 南京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明公開了一種輕質(zhì)超韌高強(qiáng)NbTiVAlxZry鑄態(tài)高熵合金，所述輕質(zhì)超韌高強(qiáng)NbTiVAlxZry鑄態(tài)高熵合金，其中Nb：Ti：V：Al：Zr的摩爾比依次為：1.0：1.0：1.0：0.2～0.3：0.4～0.5。制備工藝如下：選用純度高于99.0wt.%的Nb、Ti、V、Al、Zr五種元素作為原料進(jìn)行配料，選用能量束熔煉技術(shù)或感應(yīng)熔煉技術(shù)制備該鑄態(tài)高熵合金。本發(fā)明所述高熵合金組織均勻，表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，具有較高的強(qiáng)度和較大的塑性，其屈服強(qiáng)度為1062MPa～1469MPa，抗壓強(qiáng)度為1371MPa～1993MPa，斷裂應(yīng)變35%～57%，密度為6.15g?cm^?3～6.25g?cm^?3，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料及其制備領(lǐng)域，提供了一種輕質(zhì)超韌高強(qiáng)NbTiVAlxZry鑄態(tài)高熵合金。

背景技術(shù)

高熵合金是一種超級(jí)固溶體合金，一般由五種及以上金屬或非金屬元素以等比或近等原子比的方式組合而成。為了突破研究的限制，學(xué)者們將高熵合金的定義擴(kuò)延到合金內(nèi)每種主元在體系中所占比例可以在5at.%-35at.%之間。區(qū)別于傳統(tǒng)合金，高熵合金中的任何一種元素都不能成為合金體系的主導(dǎo)元素，整個(gè)合金的特性是多種元素共同領(lǐng)導(dǎo)的結(jié)果；傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)理念認(rèn)為，合金組元數(shù)越多，越容易形成脆性金屬間化合物等復(fù)雜相，阻礙合金研究，限制合金運(yùn)用，而大量實(shí)驗(yàn)表明：高熵合金的晶格畸變效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)以及“雞尾酒”效應(yīng)使得合金集高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨和耐蝕性于一身，綜合力學(xué)性能優(yōu)異；高熵合金的成分設(shè)計(jì)更加靈活，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料密度、力學(xué)性能及能量特性的調(diào)控，以滿足不同使用條件下對(duì)高強(qiáng)高韌結(jié)構(gòu)材料的需求。

Nb-Ti-V-Al-Zr是俄羅斯Stepanov N D教授團(tuán)隊(duì)提出的一種新型輕質(zhì)高熵合金體系，旨在兼顧高熵合金優(yōu)異力學(xué)性能的同時(shí)，降低其密度，使它們能夠被運(yùn)用到更廣泛的領(lǐng)域。Stepanov N D將Al引入NbTiVZr高熵合金中，設(shè)計(jì)出NbTiVZrAlx(x=0,0.5,1.0,1.5)高熵合金并發(fā)現(xiàn)當(dāng)Al含量超過0.5時(shí)，室溫下合金的強(qiáng)度僅略有增加（Al0.5NbTiVZr的斷裂強(qiáng)度為1100MPa，Al1.5NbTiVZr的斷裂強(qiáng)度為1310MPa），但是塑性顯著降低（Al0.5NbTiVZr的塑性應(yīng)變僅為4%），甚至完全喪失（Al1.5NbTiVZr無塑性應(yīng)變）【Stepanov N D, YurchenkoN Y, Shaysultanov D G, et al. Effect of Al on structure and mechanicalproperties of AlxNbTiVZr(x=0,0.5,1,1.5) high entropy alloys[J]. MaterialsScience and Technology, 2015, 31(10): 1184-1193.】。

N.Yu.Yurchenko等人系統(tǒng)研究了AlNbTiVZrx(x=0,0.1,0.25,0.5,1.0,1.5)高熵合金，并經(jīng)1200℃均勻化退火24h后，發(fā)現(xiàn)該系列大部分成分合金在壓縮應(yīng)變低于15%時(shí)就出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，表現(xiàn)出較差的室溫塑性【Yurchenko N Y, Stepanov N D, Zherebtsov SV, et al. Structure and mechanical properties of B2 ordered refractoryAlNbTiVZrx (x=0–1.5) high-entropy alloys[J]. Materials Science andEngineering: A, 2017, 704: 82-90.】。

綜上，縱使目前所研發(fā)的合金室溫強(qiáng)度優(yōu)異，但塑韌性性能均較差，塑性成形難，限制了它們作為高強(qiáng)高韌結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際運(yùn)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有Nb-Ti-V-Al-Zr輕質(zhì)高熵合金室溫下存在強(qiáng)塑韌性配合較差的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種輕質(zhì)超韌高強(qiáng)NbTiVAlxZry鑄態(tài)高熵合金。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供以下技術(shù)方案：