[發明專利]一種超高強輕質Al-Ti-V中熵合金

在審

• 申請號: 202010210745.6
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111235457A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 王海軍;張帥;萬東海;洪大軍;楊貴生;張自生;曹俊生;王家田
• 申請（專利權）人: 貴州航天新力鑄鍛有限責任公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C21/00;C22C14/00;C22C27/02
• 代理公司: 遵義市岡鴻專利代理事務所(普通合伙) 52102
• 代理人: 劉剛

一種超高強輕質Al?Ti?V中熵合金，合金各組分元素主要為：Al、Ti和V，按質量百分比為Al：15.00~54.00%；Ti：20.00~59.00%；V：25.00~60.00%；雜質元素總含量≤0.010%。本發明中采用純Al相對密度為2.7g/cm³，加入Al元素能大幅度降低合金密度，并使Al擁有良好的塑韌性；純Ti的密度約為4.5 g/cm³，約為鐵的一半，具有較高的強度和耐高溫性能以及較好的塑性和韌性；金屬V在元素周期表內與Ti相鄰，密度約為5.96 g/cm³，在合金中加入V元素能同時提高材料強度和塑韌性；將Al?Ti?V元素按照一定比例混合，制備出的中熵合金具有超高強度、低密度、耐高溫、熱加工成型性優異的特點。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，具體涉及一種超高強輕質Al-Ti-V中熵合金。

背景技術

隨著航天航空、兵器工業等領域高端裝備的飛速發展，傳統合金的理化性能越來越難以滿足相應設計需求，因此在20世紀90年代提出一種有別于傳統合金的“多元高熵合金”或“多元高混亂度合金”設計新理念。即將多種元素按照等原子比或者接近等原子比的成分比例混合制備合金，通過提高合金體系總體熵值得到高熵合金，使其擁有突破傳統合金極限的特殊理化性能，如超高強度硬度、耐磨耐腐蝕性、抗高溫氧化、抗高溫軟化、耐超低溫沖擊等。中熵合金的熵值介于高熵合金與傳統合金（低熵合金）之間，其具有一些高熵合金具有而傳統合金無法比擬的的優良性能，同時中熵合金的元素種類相對高熵合金較少，使得分析研究更為容易。

在國家2019年12月發布的《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2019年版）》的通告中，明確要求發展高強度（降服強度1.4GPa）、高硬度（維氏硬度＞500）等高性能材料，同時高性能、輕質材料的應用是解決當今時代能源、環境、安全三大問題的重要手段之一，是實現高端裝備減重節能以及可良好服役在極端環境中的重要途徑。因此隨著航天航空、兵器工業和高鐵艦船等領域快速發展，新型超高強度、輕質中熵合金在高端裝備關鍵部件上的應用必然會成為研究重點和熱點。

發明內容

針對上述背景技術，本發明所要解決的技術問題是提供一種新型Al-Ti-V中熵合金，通過將三種元素按照一定比例混合后獲得中等熵值的合金，使其具有超高強度、低密度、耐高溫、熱加工成型性優異的特點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種超高強輕質Al-Ti-V中熵合金，各組分元素主要為：Al、Ti和V，按質量百分比為Al：15.00~54.00%；Ti：20.00~59.00%；V：25.00~60.00%；雜質元素總含量≤0.010%。

所述雜質元素為H、O、N、Fe和Si。

所述合金室溫強度超過1.5GPa，加工溫度700~1200℃；800℃溫度時強度達1GPa；硬度為400~700HV；密度為≤4.3g/cm³。

采用上述技術方案的有益效果：

1、本發明中采用純Al相對密度為2.7g/cm³，加入Al元素能大幅度降低合金密度，并使Al擁有良好的塑韌性；純Ti的密度約為4.5 g/cm³，約為鐵的一半，具有較高的強度和耐高溫性能以及較好的塑性和韌性；金屬V在元素周期表內與Ti相鄰，密度約為5.96 g/cm³，在合金中加入V元素能同時提高材料強度和塑韌性。

2、本發明將Al-Ti-V元素按照一定比例混合，制備出的中熵合金具有超高強度、低密度、耐高溫、熱加工成型性優異的特點。

附圖說明

圖1為本發明實施新型超高強輕質Al-Ti-V中熵合金鑄態試樣。

圖2為本發明實施新型超高強輕質Al-Ti-V中熵合金鑄態試樣金相照片。