TiZrHf系高熵非晶合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高熵非晶合金材料技术领域，具体公开一种TiZrHf系高熵非晶合金材料。所述合金材料至少由5种元素组成，所述合金中各个元素的原子百分比相等；所述合金材料组成为如下(a)～(i)中的任一种：(a)Ti20Zr20Hf20Cu20M20；(b)Ti20Zr20Hf20Ni20M20；(c)Ti20Zr20Hf20Ag20M20；(d)Ti20Zr20Hf20Al20M20；(e)TizZrzHfzCuzAgzMz；(f)TizZrzHfzNizNbzMz；(g)TizZrzHfzNizAgzMz；(h)TizZrzHfzFezNbzMz；(i)TizZrzHfzCuzNizAlz。本发明专利技术上述实施例在Ti、Zr、Hf三个固定组成元素下，利用真空电弧熔炼技术制备了包含5种或5种以上的合金元素构成的若干条带状的非晶合金材料，获得的高熵非晶合金条带表面平整光滑、无孔洞裂纹等缺陷，并且还具有良好的韧性，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高熵非晶合金材料
，尤其涉及一种TiZrHf系高熵非晶合金材料及其制备方法。
技术介绍
非晶合金又叫做金属玻璃，主要是利用快速凝固冶金技术合成。该类合金属于新型合金材料，同时具有一般金属和玻璃优异的力学、物理和化学性能。与传统的晶态材料三维周期性重复排列的方法不同，非晶合金在结构上，表现出了原子排列呈现长程无序短程有序的特点，并且在能量上处于亚稳态，所以不存在晶界和位错等缺陷。在性能上，表现出高强度、大弹性变形和高弹性储能、良好的耐腐蚀性等特征，使非晶合金有着广泛的应用前景。高熵非晶合金是上世纪九十年代叶均蔚等人提出的一种新型材料，它由5种或者5种以上的合金元素按照等摩尔比例构成。由于热力学上高熵效应的存在，由化学相容性较好的元素组成的合金体系通常只生成少数几种简单的固溶体，甚至单一相，如体心立方(BCC)或面心立方(FCC)结构。最近的研究表明，除了高熵固溶体结构之外，在一些特殊的合金体系中高熵非晶合金也可以形成非晶态结构，这类合金被称为高熵非晶合金。高熵非晶合金的出现打破了传统非晶以一到两个组元为主的设计观念，为非晶的成分设计和研究提供了一个崭新的方法。高熵非晶合金是高熵非晶合金与传统非晶的交叉产物，它在拥有紧密拓扑结构的同时还存在着高度的化学无序状态，与高熵非晶合金和传统的非晶相比，该类新型合金在一些性能上面更加优异。例如，与传统的非晶相比，SrCaYbLiMgZn和Zn20Ca20Sr20Yb20(Li0.55Mg0.45)的玻璃转变温度更低，并且在不出现剪切带的室温条件下可以发生均匀的塑性变形；Sr20Ca20Yb20Mg20Zn20高熵非晶的机械性能和耐腐蚀性有着显著的提高，与传统的CaMgZn非晶相比生物相容性更加明显；而Ding等人开发出的Ti20Zr20Cu20Ni20Be20高熵非晶的断裂强度明显高于传统Zr-基和Ti-基的非晶合金。由于高熵非晶合金的出现和发展历史并不久，关于新成分的现有报道也很有限，而高熵非晶等摩尔比例的成分设计与传统非晶一个元素为主的设计明显不同，在一些经验的参数判据上面两者之间必然会存在着差异。然而，当前关于严格等比例高熵非晶的成分报道并不是很多，因此仍需要大量深入的实验探索和理论研究，在这个背景下，开发出一些新型的严格等比例高熵非晶合金成分将具有理论跟实验上的双重意义。另外，现有的高熵非晶合金成分中，常含有贵金属，如：Pd、Pt、Au，或含有有毒元素Be等，这与现代技术的发展方向不一致，而且由于贵金属的紧缺，不适合大规模工业化应用。由于高熵非晶合金的出现和发展历史并不久，关于新成分的报道也很有限，许多问题仍没有得到解决，许多问题也仍需要大量深入的理论研究和实验探索，因此开发出一些新型的高熵非晶合金材料具有理论和实验上的双重意义。
技术实现思路
为扩大高熵非晶合金的种类、丰富高熵非晶合金的数量，使高熵非晶合金更加适合大规模工业化应用，本专利技术实施例提供了一种TiZrHf系高熵非晶合金材料及其制备方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种TiZrHf系高熵非晶合金材料，所述合金材料至少由5种元素组成，其中，所述合金中各个元素的原子百分比相等；所述合金材料组成为如下(a)～(i)中的任一种：(a)Ti20Zr20Hf20Cu20M20，其中，所述M为Al、Ag、V、Mn、B、Si、Cr中的任一种；(b)Ti20Zr20Hf20Ni20M20，其中，所述M为Al、Ag、V、Fe、Nb、Ta、Co中的任一种；(c)Ti20Zr20Hf20Ag20M20，其中，所述M为Cr、V、Fe中的任一种；(d)Ti20Zr20Hf20Al20M20，其中，所述M为Fe、V、Ag中的任一种；(e)TizZrzHfzCuzAgzMz，其中，z＝100/6，所述M为V、Nb、Fe、Cr、Ni、Al中的任一种；(f)TizZrzHfzNizNbzMz，其中，z＝100/6，所述M为Fe、Cu、Al、V中的任一种；(g)TizZrzHfzNizAgzMz，其中，z＝100/6，所述M为Fe、V、Al、Nb中的任一种；(h)TizZrzHfzFezNbzMz，其中，z＝100/6，所述M为Cu、Ag中的任一种；(i)TizZrzHfzCuzNizAlz，其中，z＝100/6。以及，如上所述合金材料的制备方法，至少包括以下步骤：(1)按照合金材料的配比，称取各组分；(2)将步骤(1)获得的各组分置于真空电弧环境中熔炼；(3)将步骤(2)获得的合金熔融后喷射至辊压设备中辊压成条带状合金薄带。本专利技术上述实施例提供的TiZrHf系高熵非晶合金材料，主要是利用常用见金属元素钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铜(Cu)、镍(Ni)、铝(Al)等常见轻金属制成均由5种或者5种以上的元素组成高熵非晶合金条带，降低了合金的成本，且每种高熵非晶合金条带的各个组分的摩尔含量相同，极大的丰富了高熵非晶合金的报道，为高熵非晶合金的进一步研究与应用提供了理论性和实验性的指导，为传统工业的升级及高科技产业的发展提供更丰富的材料选择空间。本专利技术上述实施例提供的TiZrHf系高熵非晶合金材料的制备方法，以真空电弧熔炼，实现了5种或者5种以上的元素组成高熵非晶合金条带的制备。制得的合金条带表面平整光滑、无孔洞裂纹等缺陷，并且还具有良好的韧性；尤其是使用常见轻金属和较为简便的凝固条件制备高熵非晶合金更能符合现代技术的要求，适合推广应用。说明书附图图1为本专利技术TiZrHf系高熵非晶合金材料中，Ti20Zr20Hf20Cu20M20体系中的成分分别为(a)Ti20Zr20Hf20Cu20Mn20、(b)Ti20Zr20Hf20Cu20Ag20、(c)Ti20Zr20Hf20Cu20V20、(d)Ti20Zr20Hf20Cu20Al20高熵非晶合金的XRD图谱；图2为本专利技术TiZrHf系高熵非晶合金材料中，Ti20Zr20Hf20Cu20M20体系中的成分为Ti20Zr20Hf20Cu20Si20高熵非晶合金的XRD图谱；图3为本专利技术TiZrHf系高熵非晶合金材料中，Ti20Zr20Hf20Cu20M20体系中的成分为Ti20Zr20Hf20Cu20B20高熵非晶合金的XRD图谱；图4为本专利技术TiZrHf系高熵非晶合金材料中，Ti20Zr20Hf20Cu20M20体系中的成分Ti20Zr20Hf20Cu20Cr20高熵非晶合金的XRD图谱；图5为本专利技术TiZrHf系高熵非晶合金材料中，Ti20Zr20Hf20Ni20M20体系中成分分别为(a)Ti20Zr20Hf20Ni20Co20、(b)Ti20Zr20Hf20Ni20Fe20、(c)Ti20Zr20Hf20Ni20V20、(d)Ti20Zr20Hf20Ni20Nb20、(e)Ti20Zr20Hf20Ni20Ag20、(f)Ti20Zr20Hf20Ni20Ta20、(g)Ti20Zr20Hf20Ni20Al20高熵非晶合金的XRD图谱。图6为本专利技术TiZrHf系高熵非晶合金材料中，Ti20Zr20Hf20Ag20M20体系中成分分别为(a)Ti20Zr20Hf20Ag20Fe20、(b)Ti20Zr20Hf20Ag20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiZrHf系高熵非晶合金材料，其特征在于：所述合金材料至少由5种元素组成；其中，所述合金中各个元素的原子百分比相等；所述合金材料组成为如下(a)～(i)中的任一种：(a)Ti20Zr20Hf20Cu20M20，其中，所述M为Al、Ag、V、Mn、B、Si、Cr中的任一种；(b)Ti20Zr20Hf20Ni20M20，其中，所述M为Al、Ag、V、Fe、Nb、Ta、Co中的任一种；(c)Ti20Zr20Hf20Ag20M20，其中，所述M为Cr、V、Fe中的任一种；(d)Ti20Zr20Hf20Al20M20，其中，所述M为Fe、V、Ag中的任一种；(e)TizZrzHfzCuzAgzMz，其中，z＝100/6，所述M为V、Nb、Fe、Cr、Ni、Al中的任一种；(f)TizZrzHfzNizNbzMz，其中，z＝100/6，所述M为Fe、Cu、Al、V中的任一种；(g)TizZrzHfzNizAgzMz，其中，z＝100/6，所述M为Fe、V、Al、Nb中的任一种；(h)TizZrzHfzFezNbzMz，其中，z＝100/6，所述M为Cu、Ag中的任一种；(i)TizZrzHfzCuzNizAlz，其中，z＝100/6。...

【技术特征摘要】
1.一种TiZrHf系高熵非晶合金材料，其特征在于：所述合金材料至少由5种元素组成；其中，所述合金中各个元素的原子百分比相等；所述合金材料组成为如下(a)～(i)中的任一种：(a)Ti20Zr20Hf20Cu20M20，其中，所述M为Al、Ag、V、Mn、B、Si、Cr中的任一种；(b)Ti20Zr20Hf20Ni20M20，其中，所述M为Al、Ag、V、Fe、Nb、Ta、Co中的任一种；(c)Ti20Zr20Hf20Ag20M20，其中，所述M为Cr、V、Fe中的任一种；(d)Ti20Zr20Hf20Al20M20，其中，所述M为Fe、V、Ag中的任一种；(e)TizZrzHfzCuzAgzMz，其中，z＝100/6，所述M为V、Nb、Fe、Cr、Ni、Al中的任一种；(f)TizZrzHfzNizNbzMz，其中，z＝100/6，所述M为Fe、Cu、Al、V中的任一种；(g)TizZrzHfzNizAgzMz，其中，z＝100/6，所述M为Fe、V、Al、Nb中的任一种；(h)TizZrzHfzFezNbzMz，其中，z＝100/6，所述M为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾燮榕，胡强，李瑞，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44