[發明專利]一種難熔Al-Cr-Ti-V-Nb輕質高熵合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202111472890.2
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114350989A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 彭振;范子澤;駱再斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C30/00;C22B9/20;C22F1/00
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本發明提供了一種難熔Al?Cr?Ti?V?Nb輕質高熵合金及其制備方法，屬于金屬材料和制備的領域。所述的難熔輕質高熵合金主要是由Al、Cr、Ti、V、Nb元素組成，各組分按原子百分比構成為：Al 22～25％，Cr 22～25％，Ti 22～25％，V 22～25％，Nb 0～12％。采用真空電弧熔煉并直接澆鑄得到合金鑄錠。合金的成分均勻，無偏析和析出相的產生，所述合金均表現為單一的BCC相的結構，并表現出了較高的硬度，硬度均在540HV以上，密度大約為5.24g/cm³～5.52g/cm³，相比較于傳統的難熔高熵合金來說其具有更低的密度。通過對合金進行了均勻化退火，退火之后合金表現出了難熔高熵合金典型的調幅分解的組織。硬度也有所提高，最高可達631HV。所述制備方法無污染，并且具有較低的能耗和成本。

技術領域

本發明屬于合金技術領域，具體涉及一種難熔Al-Cr-Ti-V-Nb輕質高熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金是2004年由葉均蔚教授等提出的一種新型合金。即由五種或五種以上元素組成，每種元素的原子百分比在5％～35％之間的合金。這種新的合金理念打破合金性能提升的瓶頸。并表現出了優異的綜合性能，如高強度、高硬度、良好的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損性能等。可以應用于高速切削刀具、渦輪葉片、耐磨涂層等方面。

但是目前傳統高溫合金如Ni基合金等其使用溫度已經到達了一個瓶頸，因此人們在高熵合金的啟發下。進一步對難熔高熵合金進行了研究，然而目前制備出的難熔高熵合金的密度都普遍較大。無法進一步滿足一些需要輕質材料的航空航天、能源交通領域。因此人們開始對難熔高熵合金進行輕量化設計，便就出現了低密度難熔高熵合金。在擁有較好高溫性能同時也具備較低的密度，以更好滿足高溫材料的要求。有望應用于航空航天等領域。

發明內容

為進一步降低難熔高熵合金的密度，提高比強度和比硬度，本發明提供了一種難熔Al-Cr-Ti-V-Nb輕質高熵合金及其制備方法。所述Al-Cr-Ti-V-Nb輕質高熵合金表現出了更高的硬度和比硬度。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種難熔的Al-Cr-Ti-V-Nb輕質高熵合金的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1：按原子百分比將組分中Al、Cr、Ti、V、Nb進行配料，Al 22％～25％、Cr 22％～25％、Ti 22％～25％、V 22％～25％、Nb 0～12％；各成分配比誤差在±0.3％范圍內；

步驟2：將配好的原料按照熔點高低依次放入氧化鋁坩堝之中，熔點最低的放在底層，熔點最高的放在上層；

步驟3：將鈦錠放入非自耗真空電弧熔煉爐中，在氬氣氣氛保護下先熔化鈦錠，以除去爐膛內的氧氣；之后再將步驟2中的坩堝及原料放入非自耗真空電弧熔煉爐中，抽真空，在氬氣氣氛下進行熔煉，熔煉過程中需開啟電磁攪拌，熔煉完成后得到紐扣狀合金鑄錠；

步驟4：步驟3獲得的合金鑄錠按照步驟3所述的方式進行多次反復的熔煉，冷卻之后得到高硬度Al-Cr-Ti-V-Nb輕質高熵合金。

進一步地，組分Al、Cr、Ti、V、Nb的原子百分比為：Al 24％～25％、Cr 24％～25％、Ti 24％～25％、V 24％～25％、Nb 2％～5％。

進一步地，配料前需清除原料表面的氧化皮及清洗，原料的純度≥99.9wt％。

進一步地，步驟3中熔煉時抽真空至5×10^-3Pa，然后充入氬氣的純度為99.99％，壓強為0.06MPa，熔煉電流約為300～400A。

進一步地，步驟4中需至少反復熔煉5次以上。