[發明專利]一種高強度的WVTaZrHf難熔高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910347837.6
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN109898005B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 吳玉程;侯慶慶;羅來馬;傅銘麒;譚曉月;昝祥;朱曉勇;劉東光
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種高強度的WVTaZrHf難熔高熵合金及其制備方法，其中WVTaZrHf難熔高熵合金的組元包括W、V、Ta、Zr、Hf，各組分按原子百分比構成為：W 22.5～23.5％，V 22.5～23.5％，Ta 22.5～23.5％，Zr 6?10％，Hf 22.5～23.5％。本發明通過添加Zr、Hf元素來改善合金的結構，通過放電等離子燒結制備出具有密排六方結構的難熔高熵合金材料，進而提高難熔高熵合金的硬度和強度。

技術領域

本發明涉及一種難熔高熵合金及其制備方法，具體地說是一種高強度的WVTaZrHf難熔高熵合金及其制備方法。

背景技術

由于受鑭系收縮的影響，鉿的原子半徑幾乎和鋯相等，因此鉿與鋯的性質極為相似。鉿與鋯的晶體結構同為密排六方結構。鉿具有較強的吸收中子的能力，且可以減慢核子連鎖反應的速率，抑制原子反應的火焰。同時，其具有較強的耐高溫抗腐蝕性能，且成型材料具有可塑性強、易加工等特性，因此成為原子能工業的重要材料之一，目前廣泛應用于制造核反應堆的控制棒和保護裝置。鋯具有優異的抗腐蝕性能、極高的熔點、超高的硬度和強度等特性，被廣泛用在航空航天、軍工、核反應、原子能領域。鋯可以用做冶金工業的“維生素”，發揮它強有力的脫氧、除氮、去硫的作用。

高熵合金，是由多種主要元素組成的合金，尤其是五元以上的合金，并且各個主要元素具有較高的原子百分數，一般在5％到35％之間，因此沒有一種元素的原子百分比能夠超過50％，進而使合金成為以一種元素為主要元素的合金材料。研究發現受到高熵效應的影響，而元素數目較多的高熵合金的混合熵往往遠高于形成金屬間化合物時所具有的混合熵，這種效應會使金屬間化合物很難出現，從而易于具有簡單結構的固溶體的形成，由多種金屬元素組成的合金體系的混亂度很大，此時合金體系混合熵較大，則系統較穩定，從而有利于各種元素之間的有效混合，使得各組元無規律排列而形成簡單的結晶相，即生成面心立方晶體、體心立方晶體或者密排六方晶體，抑制金屬間化合物脆性相的形成。

發明內容

本發明提供了一種高強度的WVTaZrHf難熔高熵合金及其制備方法，通過添加Zr、Hf元素來改善合金的結構，通過放電等離子燒結制備出具有密排六方結構的難熔高熵合金材料，進而提高難熔高熵合金的硬度和強度。

放電等離子燒結具有升溫速度快、燒結時間短、組織均勻、能保持原材料的自然狀態、燒結體致密度高的特點，是一種效率高、工藝簡單的制備方法。本發明采用機械混粉的方法獲得復合粉體，再通過放電等離子燒結制備出硬度、強度等綜合性能良好的WVTaZrHf單相難熔高熵合金材料。

本發明高強度的WVTaZrHf難熔高熵合金，其組元包括W、V、Ta、Zr、Hf，各組分按原子百分比構成為：W22.5～23.5％，V22.5～23.5％，Ta22.5～23.5％，Zr6-10％，Hf22.5～23.5％。

本發明高強度的WVTaZrHf難熔高熵合金的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：混粉

將W、V、Ta、Zr、Hf五種金屬粉按配比量置于滾筒式混合機中機械混合得到W-V-Ta-Zr-Hf復合粉末；

步驟1中，原始粉末粒度為：W粉粒度為2μm，V粉粒度為25μm，Ta粉粒度為25μm，Zr粉粒度為28μm，Hf粉粒度為38μm。(W熔點：3410℃；V熔點：1890℃、沸點：3000℃；Ta熔點：2996℃、沸點：5425℃；Zr熔點：1852℃、沸點：4377℃、Hf熔點：2227℃、沸點：4602℃)

步驟2：燒結