一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺制造技术

本发明专利技术属于高熵合金杆材制备技术领域，具体涉及一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti22

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺


[0001]本专利技术属于高熵合金杆材制备
，具体涉及一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺。

技术介绍

[0002]高熵合金作为一种新的合金设计理念，分别由我国台湾学者叶均蔚和英国学者Cantor于2004年独立提出，为设计具有显著性能的金属合金提供了新的范例。由于独特的元素组成以及其具有的高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和“鸡尾酒”效应，它们具有许多优异的机械性能和功能性能，如高硬度、高强度、优异的抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性、耐辐照性、软磁性能、热电性能和催化性能等，能够满足许多极具挑战性的应用。其中，含Ti的轻质高温高熵合金具有优异的比强度、优异的强塑协调性、高温稳定性、比硬度以及耐腐蚀性等优势，从而受到科研工作者的广泛研究，在航空航天、船舶、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。
[0003]然而，目前轻质高熵合金的发展存在诸多因素，限制了其大规模工业化应用，其中轻质高熵合金材料的力学性能还有待提高，由于其力学性能调控规律不清楚，使得合金力学性能的提高没有规律可寻，缺少系统性指导方法，不能灵活地适应不同应用环境的需求；另外，传统制备出的轻质高熵合金多为铸锭，铸锭尺寸和组织不均匀，并且将其进行加工应用的工艺还不成熟；因此本专利技术提出了一种新的轻质高温高熵合金体系，首先具有优异力学性能，其次通过将其加工成杆材的过程，一方面实现了对合金材料力学性能的规律性调整，另一方面加工成的杆材产品，促进了该合金的大规模工业应用。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺，提出了一种新的轻质高温高熵合金，在TiZrV合金基础上，依次加入钪和铌元素，通过调节金属元素配比，提高了铸态合金的力学性能，由于铸锭尺寸和组织的不均匀性，严重限制了其大规模的工业应用，本专利技术通过热挤压和退火处理，调节合金组织结构，进而调控合金材料的性能，使其满足不同使用环境的要求，扩宽了轻质高温高熵合金的应用范围，并且工艺简单，适合大规模工业化应用。
[0005]本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
[0006]一种轻质高温高熵合金，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti 22
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25at.％，Sc 22
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25at.％，Zr 22
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25at.％，Nb 0
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17at.％，V 17
‑
25at.％。
[0007]优选的，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti 22at.％，Sc 22at.％，Zr 22at.％，Nb 17at.％，V 17at.％；所述合金在铸态下形成BCC和HCP固溶体结构，经过热挤压后变为FCC、BCC和HCP固溶体结构，之后再进行退火处理。在退火处理以后，微观结构发生了明显的变化，这是退火可以在预先存在的过饱和或准过饱和结构中诱发共析反应和固相分离，导致微观结构倾向于生长成胞状晶体，并且热挤压产生的条状析出相也逐渐消失，因
此，会形成富BCC、富HCP和富FCC结构。
[0008]上述轻质高温高熵合金的杆材制备工艺，包括以下步骤：
[0009]分别称取以下原子百分比的原料：Ti 22
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25at.％，Sc 22
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25at.％，Zr 22
‑
25at.％，Nb 0
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17at.％，V 17
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25at.％；将称取的纯度均≥99.99％的块状的Sc、Ti、V、Zr、Nb熔炼成合金锭；将合金锭经过真空感应熔炼法铸造成合金棒材，所述合金棒材再通过热固结压力机挤压成合金杆材。
[0010]优选的，挤压工艺具体是：
[0011]惰性气体氛围下，将所述合金棒材由室温升温至900℃保温退火24h，水冷至室温；之后将退火之后的合金棒材用钢套密封起来，制成长10cm且直径50mm的密封件，并将密封件在900℃保温1h，之后将密封件置于相应的模具中进行挤压，挤压速度为25mm/s，直至所有物料均被挤出成合金杆材。
[0012]更优选的，挤压工艺中，升温速率为10℃/min。
[0013]优选的，还包括：惰性气体氛围下，将所述合金杆材由室温升温至400
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1000℃，然后保温退火24h，最后炉冷或水冷至室温。
[0014]更优选的，对所述合金杆材进行退火时，升温速率为10℃/min。
[0015]优选的，所述合金杆材的直径为7
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16mm，长度为30
‑
100cm。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0017]本专利技术提供的轻质高熵合金杆材，轻质高熵合金杆材在TiZrV合金基础上，依次加入钪和铌元素，通过调节金属元素配比，提高了铸态合金的力学性能；
[0018]TiZrV铸锭为BCC结构，添加Sc以后形成了大量的HCP结构，随着Nb的加入和后续的热挤压退火又形成了FCC结构，即本专利技术轻质高熵合金的铸态合金样品呈现出BCC和HCP的多相固溶体结构，挤压态以及退火态的合金样品呈现出FCC、BCC和HCP的多相固溶体结构；
[0019]本专利技术还通过后续的热挤压和退火工艺调控FCC、BCC和HCP多相固溶体的晶粒大小和析出物性质，从而调控合金材料的性能，拓展了该类高熵合金材料的应用前景，且调控方法简单，适合大规模工业化应用；
[0020]本专利技术将轻质高温高熵合金制备成杆材，制备简单、成本低廉、性能调控简单有效，在投入航空航天和船舶舰艇应用领域具有极大的潜力，利用本专利技术制备的轻质高熵合金杆材作为航空航天和船舶舰艇的结构材料，有望成为高性能的高熵构件。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例4的样品外观；
[0022]图2中，(a)为对比例1和实施例1
‑
2样品的XRD图谱；(b)为实施例3
‑
8样品的XRD图谱。
[0023]图3中，(a)为本专利技术实施例3制备的合金棒的微观组织；(b)为实施例4制备的合金杆材的微观组织；(c)为实施例8经过1000℃退火处理的合金杆材的微观组织；
[0024]图4中，(a)为对比例1和实施例1
‑
2的样品在室温下的拉伸工程应力
‑
应变曲线图；(b)为实施例3
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8的样品在室温下的拉伸工程应力
‑
应变曲线图。
具体实施方式
[0025]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0026]下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
[0027]一种轻质高温高熵合金，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti 22
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质高温高熵合金，其特征在于，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti 22
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25at.％，Sc 22
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25at.％，Zr 22
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25at.％，Nb 0
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17at.％，V 17
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25at.％。2.根据权利要求1所述的轻质高温高熵合金，其特征在于，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti 22at.％，Sc 22at.％，Zr 22at.％，Nb 17at.％，V 17at.％。3.根据权利要求2所述的轻质高温高熵合金，其特征在于，所述合金在铸态下形成BCC和HCP固溶体结构，经过热挤压后变为FCC、BCC和HCP固溶体结构，之后再进行退火处理，基体中过饱和或准过饱和结构发生共析反应和固相分离，导致富BCC、富HCP和富FCC结构的形成。4.根据权利要求1所述的轻质高温高熵合金的杆材制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：分别称取以下原子百分比的原料：Ti 22
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25at.％，Sc 22
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25at.％，Zr 22
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25at.％，Nb 0
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17at.％，V 17
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25at.％；将称取的纯度均≥99.99％的块状的Sc、Ti、V、Zr、Nb熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯凯，郜庆伟，刘晓明，刘朋，丁小荣，刘旦，陈亚辉，
申请(专利权)人：威海荣创海洋科技有限公司威海海晟新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：