[發明專利]一種高鈮低密度難熔多主元合金及其真空滴鑄方法

有效

• 申請號: 202010529714.7
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111636026B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 劉鑫旺;白朱成;姚俊卿;蔣文明;樊自田
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/03;B22D23/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

本發明屬于金屬材料相關技術領域，其公開了高鈮低密度難熔多主元合金及其真空滴鑄方法，所述多主元合金的組成元素包括鈮、鋁、鈦及釩，所述鈮、所述鋁、所述鈦及所述釩的原子之比為(35～45)：(18.33～21.67)：(18.33～21.67)：(18.33～21.67)，且所述多主元合金的相結構為單一的BCC結構。該多主元合金的組成元素中，鈮為主要難熔元素，并起主要作用，高鈮含量使得合金具有難熔和高韌特性，適中的鋁含量有利于保持良好的抗氧化性和低密度，適中的鈦含量有利于保持良好的抗氧化性和一定的韌性；且采用滴鑄方法，有效彌補了傳統吸鑄技術由于難熔多主元合金粘度較大而難以制備出一定尺寸小型鑄錠的不足。

技術領域

本發明屬于金屬材料相關技術領域，更具體地，涉及一種高鈮低密度難熔多主元合金及其真空滴鑄方法。

背景技術

多主元合金是近年來提出的一種新穎的合金設計理念，其理念擴展了傳統合金的成分范圍，極大地豐富了合金材料的種類，一般要求合金中每種元素所占摩爾百分數在5％以上。

多主元合金設計理念自提出以來，就引起了科學界的普遍關注及積極探索，學者們對多主元合金的研究表明，因為合金中金屬元素種類多，元素的混亂度大，合金凝固后不僅不會像傳統合金一樣形成大量的金屬間化合物，反而促進了元素間的混合，使得多主元合金形成簡單相結構，如單相體心立方或者面心立方相，同時又抑制了脆性的金屬間化合物的形成。易形成單一固溶體這一特征使得多主元合金表現出優異的性能，如(1)高硬度；(2)良好的耐腐蝕性；(3)良好的耐磨性；(4)良好的耐高溫性；(5)高加工硬化能力。

為了充分發揮多主元合金的高溫性能優勢，以適應高溫合金的發展需求，研究人員開始將目光轉向了難熔多主元合金。難熔多主元合金通常是采用難熔金屬元素，如第Ⅳ主族(Ti，Zr，Hf)，第Ⅴ主族(V，Nb，Ta)和第Ⅵ主族(Cr，Mo，W)的元素，并調整其元素比例，利用多主元合金化方法制備難熔多主元合金。難熔多主元合金往往具有高溫穩定性，有望應用于航空航天、發電工業等高溫領域中，以彌補傳統高溫合金使用溫度已達到理論極限所帶來的不足。然而，難熔多主元合金在擁有高溫性能的同時，也存在著不足之處，主要有以下四點：

其一是室溫塑性較差。大部分難熔多主元合金的室溫壓縮塑性應變小于5％，只有部分難熔多主元合金具有一定的室溫壓縮塑性。

其二是密度往往較大。部分難熔多主元合金的密度大于10g/cm³(如VNbTaMoW)，難以滿足合金使用中輕量化的要求。

其三是抗氧化性較差。具有高塑性的部分難熔多主元合金往往含有很高含量的Ti、Zr、Hf等活性元素，如典型的Ti_1.5ZrHf_0.5Nb_0.5Ta_0.5，其中Ti含量高達37.5％，Zr含量達25％，導致抗氧化性很差。

其四是小型鑄錠制備難度大。以電弧熔煉為例，難熔多主元合金中往往同時含有熔點很高的難熔元素和低沸點元素(如鋁)，高溫熔煉會使低沸點元素劇烈揮發。且難熔多主元合金粘度較大，采用傳統吸鑄技術制備一定尺寸的鑄錠較為困難。

因此，相應地需要對難熔多主元合金及其熔鑄方法進行更深入地探索和改進，從而獲得高純凈小型鑄錠和高純凈小型鑄錠熔鑄工藝，并實現推廣應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種高鈮低密度難熔多主元合金及其真空滴鑄方法，其為了解決現有難熔多主元合金存在的密度大、室溫塑形差及其小型鑄錠(或者鑄件)的制備難度大的問題，本發明采用先制備鈦鋁中間合金，再將中間合金與其它元素混合熔煉的方法，可以有效避免由于鋁的沸點(2327℃)低于鈮的熔點(2750℃)而造成熔煉過程中鋁的劇烈揮發，保證成分的準確性；同時采用滴鑄方法，有效彌補了傳統吸鑄技術由于難熔多主元合金粘度較大而難以制備出一定尺寸小型鑄錠的不足，可以快速制備多種尺寸規格的高純凈小型鑄錠(鑄件)。