一种微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微合金化Ti‑Zr‑Hf‑V‑Nb‑Ta难熔高熵合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。所述难熔高熵合金主要是通过调节主要组元的配比并添加少量微合金化元素，使难熔高熵合金兼具良好的塑性和较高的强度，而且可以在较宽的范围内调节其密度；另外，在制备过程中，先将高熔点Hf、Nb、Ta和除Al外的微合金化元素进行预合金化熔炼，随后添加Ti、Zr、V和Al进行最终合金化熔炼，有利于确保熔点差异巨大的几种组元的均匀混合，保证所制备的难熔高熵合金具有优异的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金及其制备方法
本专利技术具体涉及一种兼具高强度和良好塑性的微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金及其制备方法，属于金属材料

技术介绍
高熵合金也称作多主元合金，是近年发展起来的一类新型合金，其定义为由五种及以上元素按等原子比或近等原子组成的合金，每种主要组元的含量为5～35at.％；此外，还可以添加其它合金元素进行合金化，添加量小于5at.％。高熵合金的多主元组成特点，不同于传统合金有明确的基体元素(如Fe基合金、Ti基合金、Al基合金和Ni基合金等)，所以在液态或无序固溶体状态下具有很高的混合熵，而且高混合熵能够稳定固溶体相，使这类合金具有较简单的相组成和显微组织。由于多主元效应(高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应)，高熵合金的冶金物理作用机制有别于传统合金，从而表现出了一系列优异的性能，如突出的高温强度、良好的低温韧性、耐磨性能、耐腐蚀性以及优异的抗辐照性能等。因此，高熵合金具有广阔的应用前景，例如：高强度、高硬度的刀具及模具；耐磨抗腐蚀涂层；涡轮叶片、焊接钎料及热交换器耐热材料；高强结构材料；生物医用材料等。目前已报道的典型高熵合金可分成四种类型：以Co、Cr、Fe、Ni、Mn和Cu为主要组成元素的FCC结构固溶体高熵合金，典型的有CoCrFeNi、CoCrFeNiMn和CoCrFeNiCu；在Co、Cr、Fe、Ni、Mn和Cu的基础上添加Al或/和Ti元素构成的BCC结构固溶体高熵合金，典型的有AlCoCrFeNi和AlCrFeCoNiTi0.5；由高熔点元素Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W组成的难熔高熵合金，一般为BCC结构的固溶体；具有无序结构的高熵非晶合金Zn20Ca20Sr20Yb20(Li0.55Mg0.45)20、PdPtCuNiP和TiZrCuNiBe等。其中，研究最为广泛的FeCoCrNiMn高熵合金具有高达60％的拉伸塑性，但是屈服强度不到300MPa。难熔高熵合金具有屈服强度高，高温性能良好的优势，在高温材料领域具有应用前景；然而，现有的难熔高熵合金存在塑性差(室温几乎没有拉伸塑性)，密度高等问题(一般超过8g/cm3)。这极大的限制了难熔高熵合金的实际应用，因此，开发具有良好强塑性匹配的难熔高熵合金具有重要意义。
技术实现思路
针对现有难熔高熵合金塑性差的问题，本专利技术的目的在于提供一种微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金及其制备方法，主要通过调节主要组元的配比并添加少量微合金化元素，使难熔高熵合金兼具良好的塑性和较高的强度，而且可以在较宽的范围内调节其密度；另外，采用成熟的熔炼合金化工艺进行制备，操作简单。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金，所述难熔高熵合金是由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta以及微合金化元素组成，其化学式记为TiaZrbHfcVdNbeTafMx；其中，所述M为Al、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni和Si中的一种以上；a＝15～45，b＝5～35，c＝5～35，d＝0～35，e＝0～35，f＝5～40，x＝0.1～15，15≤b+c≤70，d和e不同时为0时5≤d+e+f≤70。一种本专利技术所述微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在氩气保护气氛下，将洁净的单质金属Hf、Nb、Ta和M(Al除外)进行合金化熔炼，将熔炼得到的合金液Ⅰ进行冷却，得到合金锭Ⅰ；再将合金锭Ⅰ翻转，重复熔炼2次以上，得到预合金化合金锭；(2)在氩气保护气氛下，将洁净的单质金属Ti、Zr、V、Al以及预合金化合金锭进行合金化熔炼，将熔炼得到的合金液Ⅱ进行冷却，得到合金锭Ⅱ；再将合金锭Ⅱ翻转，重复熔炼4次以上，得到所述难熔高熵合金。其中，合金化熔炼采用的是真空熔炼。另外，根据所需产品的形状尺寸，可将所制备的难熔高熵合金在氩气保护气氛下加热重熔，并将熔化后的合金液浇铸到相应的模具中进行成型，从而得到特定形状的微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金。有益效果：(1)本专利技术所述的难熔高熵合金，以BCC相为主要组成相，主要组元的价电子数较小，具有良好的塑性，并且微合金化元素的添加，保留了合金高强度的特征，因而所述难熔高熵合金兼具良好的塑性和较高的强度。(2)本专利技术所述的难熔高熵合金的密度在较宽的范围内可调，介于5.5g/cm3～12g/cm3，可满足不同使用条件的要求。(3)本专利技术所述难熔高熵合金的制备采用“高熔点组元的预合金化熔炼+最终合金化熔炼”两步完成，有利于确保熔点差异极大的几种组元的均匀混合；另外，采用成熟的合金熔炼工艺进行制备，操作简单。附图说明图1为实施例1所述Ti32Zr30Hf5V10Nb13Ta5Al5难熔高熵合金的XRD(X射线衍射)谱图。图2为实施例1所述Ti32Zr30Hf5V10Nb13Ta5Al5难熔高熵合金的准静态拉伸力学性能曲线图。图3为实施例2所述Ti42Zr15Hf15Nb12Ta10Al6难熔高熵合金的XRD谱图。图4为实施例2所述Ti42Zr15Hf15Nb12Ta10Al6难熔高熵合金的准静态拉伸力学性能曲线图。图5为实施例3所述Ti30Zr8Hf20Nb8Ta30Al4难熔高熵合金的XRD谱图。图6为实施例3所述Ti30Zr8Hf20Nb8Ta30Al4难熔高熵合金的准静态拉伸力学性能曲线图。图7为实施例4所述Ti35Zr25Hf25Nb5Ta5Mo5难熔高熵合金的XRD谱图。图8为实施例4所述Ti35Zr25Hf25Nb5Ta5Mo5难熔高熵合金的准静态拉伸力学性能曲线图。图9为实施例5所述Ti33Zr20Hf15Nb20Ta5Al5Mo2难熔高熵合金的XRD谱图。图10为实施例5所述Ti33Zr20Hf15Nb20Ta5Al5Mo2难熔高熵合金的准静态拉伸力学性能曲线图。图11为实施例6所述Ti28Zr25Hf28Ta17Al2难熔高熵合金的XRD谱图。图12为实施例6所述Ti28Zr25Hf28Ta17Al2难熔高熵合金的准静态拉伸力学性能曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。1)试剂与设备以下实施例中所用的主要试剂信息详见表1，主要仪器设备信息详见表2。表1表22)性能测试和结构表征(1)密度测定：采用阿基米德排水法测量，具体操作步骤如下：将实施例中所述难熔高熵合金制备成3个的圆柱体试样，测量前先放入盛有无水酒精的烧杯中，超声振荡清洗10min，取出后吹干，再采用DT-100精密天平(精度0.1mg)称量每个试样干重M1，每个试样称量3次，以减小测量误差；然后，再称量每个试样在水中的质量M2，每个试样称量3次；最后，按如下公式进行密度计算，式中，ρ0为水的温度，0.9982g/cm3(20℃)；ρl为空气密度，0.0012g/cm3。(2)物相分析：采用德国BrukerAXS公司D8advanceX射线衍射仪进行物相分析，工作电压和电流分别为40KV和40mA，X射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微合金化Ti‑Zr‑Hf‑V‑Nb‑Ta难熔高熵合金，其特征在于：所述难熔高熵合金的化学式记为TiaZrbHfcVdNbeTafMx，M为Al、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni和Si中的一种以上；其中，a＝15～45，b＝5～35，c＝5～35，d＝0～35，e＝0～35，f＝5～40，x＝0.1～15，15≤b+c≤70，d和e不同时为0时5≤d+e+f≤70。

【技术特征摘要】
1.一种微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金，其特征在于：所述难熔高熵合金的化学式记为TiaZrbHfcVdNbeTafMx，M为Al、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni和Si中的一种以上；其中，a＝15～45，b＝5～35，c＝5～35，d＝0～35，e＝0～35，f＝5～40，x＝0.1～15，15≤b+c≤70，d和e不同时为0时5≤d+e+f≤70。2.一种如权利要求1所述的微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，(1)在氩气保护气氛下，将洁净的单质金属Hf、Nb、Ta和除Al以外的M进行合金化熔炼，将熔炼得到的合金液Ⅰ进行冷却，得到合金锭Ⅰ；再将合金锭Ⅰ翻转，重复熔炼2次以上，得到预...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛云飞，曹堂清，王本鹏，王富耻，王鲁，刘旭东，岳晗，才鸿年，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11