[發明專利]TiZrHfNb納米晶難熔高熵合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202211047536.X
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115323241A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 寇宗德;黃榮;唐頌;吳尚書;李旭騰;楊麗霞;馮濤;蘭司
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;B22F9/12;B22F3/02;B22F1/054;C22C1/04;B22F1/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發明提出了一種TiZrHfNb納米晶難熔高熵合金及其制備方法，包括的具體過程：高熵合金質量百分比為Ti：Zr：Hf：Nb＝1：1：1：1。制備方法包括：第一步，高熵合金鑄錠的制備，將高熵合金按照各元素配比配好，混合均勻后放入真空電弧熔煉爐中進行熔煉，最后隨爐冷卻得到組織均勻的難熔高熵合金鑄錠，用作靶材；第二步，通過惰性氣體冷凝法將制得的靶材燒蝕并凝結成納米晶體粉末，隨后將納米晶高熵合金粉末經過預壓實步驟，將顆粒轉移至高壓壓實裝置，最終制備出TiZrHfNb納米晶高熵合金。本發明首次利用惰性氣體冷凝法制備出組織均勻、熱穩定性能優異的TiZrHfNb納米晶難熔高熵合金，制備的納米晶高熵合金納米晶區域為單相的bcc結構，從而提高了該難熔高熵合金力學性能。

技術領域

本發明涉及納米材料制備領域，還涉及納米粉末壓實方法的領域。具體是一種TiZrHfNb納米晶難熔高熵合金及其制備方法，實現制備出金屬納米粉末以及進一步在惰性氣體環境下的沉積。

背景技術

高熵合金(HEAs)是由于其具有特殊的設計理念以及優異的綜合性能，因此人們將其視為一種極具潛力的新型合金，并且有望取代現有的傳統工程材料。而難熔高熵合金則是將高熵合金的概念和設計理念相結合，其主要成分為高熔點的過渡族難熔金屬，是一種特殊的高熵合金。難熔高熵合金由于加入了高熔點的元素，使得其不但具有較高的強度、良好的抗氧化和耐腐蝕性，同時還具有優異的高溫力學性能。當前國內外學術界和工程界都在尋找一種能夠適應日益苛刻的高溫使用條件的新型高溫合金。

納米晶(晶粒尺寸100nm)最顯著的結構特征是極大的晶界體積分數，由此導致其物理、化學和力學特性與它的粗晶同類物相比發生了明顯變化。作為結構材料的納米晶金屬具有超高的強度、硬度和優異的耐磨性能，但同時面臨著力/熱場下結構穩定性下降的問題。目前在提高納米晶金屬的穩定性方面現已取得一定的成果，理論和實驗研究均表明元素的多元化會降低晶界運動的熱動力學驅動力，使得合金化成為一種有效提高納米晶穩定性的方法。

為解決上述問題，本發明提出了納米晶高熵合金這一新型結構材料，以期獲得強度和穩定性俱佳的納米晶金屬體系，而納米化的難熔高熵合金能夠極大提升納米晶金屬保持結構穩定的溫度上限，是解決納米晶金屬強度與穩定性互斥這一矛盾的有效途徑為解決上述提到的問題，難熔高熵合金常通過利用非等原子比或加入輕質元素例如的設計理念來從合金的組成上優化合金的綜合力學性能的設計，能夠一定程度上改善性能，而本發明提出的是從其制備工藝出發，采用惰性氣體冷凝法制備出納米晶高熵合金從而改善合金的力學性能與熱穩定性的方法。

因此，有必要采用一種具有納米化方法來制備難熔納米晶高熵合金。

發明內容

鑒于現有技術與體系中的不足與問題，本發明針對以上不足與需求，提出了TiZrHfNb納米晶難熔高熵合金的制備方法，使所述高熵合金具有優異的力學性能和良好的熱穩定性。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種TiZrHfNb納米晶難熔高熵合金，該難熔高熵合金內的組分的質量百分比包括：：Ti：Zr：Hf：Nb＝1：1：1：1，納米晶晶粒尺寸為10-30nm，所制得的合金在納米晶區域內為單相的bcc結構，而在合金內部也存在非晶區域。

本發明提供TiZrHfNb納米晶高熵合金的制備方法，該方法包括如下步驟：

步驟一，按照以上比例進行計算稱量，分別得出各物質所需要的量并置于天平中稱量，隨后將原料置于真空電弧熔煉設備中制得等原子比的塊體高熵合金，并進行鑄錠預處理，將切除鑄錠上下凸面并去除表面氧化層。

步驟二，將上述熔煉制得的合金鑄錠作為靶材，采用惰性氣體冷凝法將靶材沉積成納米晶高熵合金，具體為：