[發(fā)明專利]納米硅化物增強難熔高熵合金及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113373365B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設計）人: 程興旺;徐子祁;談燕;馬兆龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C21D8/02;C22F1/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明涉及一種納米硅化物增強難熔高熵合金材料及其制備方法，屬于高熵合金領(lǐng)域。該新型合金由V、Nb、Ti、Ta、Si等元素構(gòu)成，鑄態(tài)條件下該合金為單相BCC結(jié)構(gòu)，通過冷變形及后續(xù)的熱處理方法對該合金進行處理，獲得具有大量彌散分布的納米級M5Si3型析出相。該合金兼具高的拉伸屈服強度和斷裂延伸率，具有優(yōu)異的力學性能。其屈服強度可以達到1.1GPa以上，并且斷裂延伸率在20％以上。同時在高溫下，該合金具有良好的力學性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米硅化物增強難熔高熵合金材料及其制備方法，屬于高熵合金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高熵合金指的是一種具有多種主元的特殊合金。相比于傳統(tǒng)合金，其獨特的組成及結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的力學性能，并有望在航空航天、汽車等領(lǐng)域獲得應用。因而，在最近十幾年來在金屬研究者中引起了廣泛的關(guān)注。2010年，美國學者Senkov將高熵合金的概念和難熔元素結(jié)合起來，提出了難熔高熵合金(Refractory high-entropy alloys,RHEAs)。WNbMoTa、WNbMoTaV等難熔高熵合金也表現(xiàn)出了超高的高溫強度，同時其相較傳統(tǒng)高溫合金更高的熔點使其有望在更高的溫度下應用，成為新一代高溫合金。

然而，密度較高、塑性較差、抗氧化性等問題成為了阻礙難熔高熵合金應用的重要問題。一些塑性較好的的難熔高熵合金體系，例如HfNbTaTiZr等，具有單相結(jié)構(gòu)，并在高溫下表現(xiàn)出較低的強度。在韌性基體上加入Al、Cr、Si等元素會引入第二相，有效提高強度，以及提高高溫抗氧化性。然而，第二相的分布和形貌會大大影響合金的塑性變形能力。因此，難熔高熵合金目前尚未有較好的強塑性匹配的合金，也成為了難熔高熵合金研究亟待解決的問題之一。本發(fā)明為了解決難熔高熵合金強塑性匹配較差的缺點，提供了一種納米硅化物增強難熔高熵合金材料及其制備方法，通過引入原位自生納米級硅化物顆粒，同時實現(xiàn)高的強度和塑性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決難熔高熵合金塑性較差的問題，提供一種納米硅化物增強難熔高熵合金材料及其制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種納米硅化物增強難熔高熵合金材料，包括V、Nb、Ti、Ta、Si五種元素組成VNbTiTaSi系合金，各元素的原子百分比范圍為：20％≤V≤30％，20％≤Nb≤40％，20％≤Ti≤40％，0≤Ta≤30％，0≤Si≤2％。在鑄態(tài)條件下VNbTiTaSi系合金表現(xiàn)為單相BCC結(jié)構(gòu)。經(jīng)過軋制及熱處理后，合金由細晶組織的BCC相和納米級的M5Si3相組成。

一種納米硅化物增強難熔高熵合金材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將鑄態(tài)高熵合金切成長為lmm，寬為wmm，厚度為hmm的長條，然后利用冷軋機進行軋制，獲得變形量為x。其中l(wèi)≥5，w≥5，h≥5；50％≤x≤95％。

步驟二：將軋制后的高熵合金用充滿氬氣的石英管封好；

步驟三：將高熵合金在800℃～1000℃下等溫加熱0.5h～50h，之后水冷獲得具有納米M5Si3相的高強高韌難熔高熵合金。

有益效果

本發(fā)明的一種納米硅化物增強難熔高熵合金材料，主要是利用V、Nb、Ti、Ta、Si五種元素構(gòu)成，通過冷軋及后續(xù)熱處理，獲得具有細晶結(jié)構(gòu)的BCC相基體及納米級M5Si3硅化物。

TEM表明，處理后的VNbTiTaSi體系合金具有BCC相基體及納米級M5Si3硅化物。

納米硅化物增強的VNbTiTaSi體系合金具有良好的強塑性匹配，在室溫下，其拉伸屈服強度可以達到1GPa以上，同時拉伸斷裂延伸率達到20％，遠優(yōu)于其他難熔高熵合金體系。

附圖說明