一种高强韧高密度多组元合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧高密度多组元合金及其制备方法，高强韧高密度多组元合金，由下述组分按原子百分比组成：W 47～58％、Mo 8～17％、V 4～6％、Fe 14～25％、Ni 6～15％。本发明专利技术提供的高强韧高密度多组元合金呈现由体心立方结构的基体和其它面心立方结构相等组成的多相组织特征，合金的质量密度为13.8～17.5g

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧高密度多组元合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料制备
，具体涉及到一种高强韧高密度多组元合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]高密度合金通常还具有高强度和高硬度等特点，在航空航天、电子产品、国防科技和重工业等领域广泛应用。目前最为常见的高密度合金为钨基重合金，其元素组成通常包含80wt％以上的W元素和少量其它金属元素如镍、铁和铜等。钨基重合金的显微组织通常由较大尺寸的钨晶粒和铁镍等元素形成的粘结相构成。近年来，为提高钨基重合金的力学性能，研究人员在制备工艺等方面作了诸多尝试，但钨基重合金中固有的粗大钨晶粒组织及其本征脆性等因素往往限制了合金力学性能的进一步改善，并使其难以有效服役于对性能要求更高的应用领域。因此，新型高性能高密度合金有待进一步开发。
[0003]多组元高熵合金(High
‑
entropy alloys)包含至少四个或五个组元且每个组元的含量在5at.
‑
％至35at.
‑
％之间，通过合理成分设计可使其具备优异的综合性能。多组元高熵合金理念在开发高性能高密度合金方面也有一定潜力。例如：Hu等人[X.Hu,X.Liu,D.Yan,Z.Li,J.Alloys Compd.894(2021)162505]报道W
35
Ta
35
Mo
10
Nb
10
V
10
(at.
‑
％)高密度高熵合金的质量密度可达14.65g
·
cm
‑3，显微硬度和极限抗压强度可分别达6.50GPa和2519MPa。虽然该种高熵合金表现出高密度、高强度、高硬度等良好性能，但其组织内部含有的Ta2VO6脆性相不利于合金的塑性，使该合金表现出室温脆性。因此，开发在室温下具备高强度、高硬度和高韧性的高密度合金依然面临着技术问题。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]本专利技术的其中一个目的是提供一种高强韧高密度多组元合金，呈现由体心立方结构的基体和其它面心立方结构相等组成的多相组织特征。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种高强韧高密度多组元合金，由下述组分按原子百分比组成：W 47～58％、Mo 8～17％、V 4～6％、Fe 14～25％、Ni 6～15％；
[0008]其中，W、Mo、V的原子百分含量之和≤80％且≥60％；Fe、Ni的原子百分含量之和≥20％且≤40％；各组分原子百分比之和为100％。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供如上述所述的高强韧高密度多组元合金的制备方法，包括，按合金的原子百分比配取各组分原料，在真空或惰性气体保护条件下烧结，得合金材料。
[0010]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述烧结，采用真空热压烧结或放电等离子体烧结方法。
[0011]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述在真空条件下烧结，维持炉内真空度在1～0.0001Pa。
[0012]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述在惰性气体保护条件下烧结，维持炉内惰性气体压力在0.000001～5MPa。
[0013]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述烧结，烧结温度为900～1400℃，烧结时间为3～30min。
[0014]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述各组分原料选用纯度高于99wt.％的纯金属粉末。
[0015]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述配取各组分原料后，将各组分原料于球磨机中球磨5～100h。
[0016]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述将各组分原料于球磨机中球磨，球磨时的球料比为8～13:1，球磨机转速为每分钟150～600转，球磨在真空或惰性气体保护下进行。
[0017]作为本专利技术高强韧高密度多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：所得合金材料，具有质量密度为13.8～17.5g
·
cm
‑3，室温下压缩屈服强度为1000～2200MPa，极限抗压强度为1800～3200MPa，压缩应变值大于20％，维氏硬度值为4～12GPa的特性。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0019]本专利技术提供的该多组元高密度合金材料包含体心立方(BCC)结构的基体相和面心立方(FCC)结构相，表现出多相复合的组织特征。多组元合金元素的存在使得合金中固溶强化效应显著，保证了较高的强度；W、Mo和V元素的存在保证了合金的高密度特性以及体心立方(BCC)结构为基体的特征；Fe和Ni元素的存在保证了面心立方(FCC)结构相的形成，对合金的塑韧性发挥了重要作用；其优异的强韧性与高密度特征的搭配能使其应用于航空航天、电子产品、国防科技和重工业等领域。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0021]图1是本专利技术实施例1提供的高强韧高密度多组元合金材料的XRD谱图。
[0022]图2是本专利技术实施例1提供的高强韧高密度多组元合金材料的扫描电镜形貌图。
[0023]图3是本专利技术实施例1提供的高强韧高密度多组元合金材料的EBSD反极图(IPF)和相分布图。
[0024]图4是本专利技术实施例1提供的高强韧高密度多组元合金材料的扫描电镜能谱面分布图像。
[0025]图5是本专利技术实施例1提供的高强韧高密度多组元合金材料的压缩力学曲线图。
[0026]图6是本专利技术实施例2提供的高强韧高密度多组元合金材料的XRD谱图。
[0027]图7是本专利技术实施例2提供的高强韧高密度多组元合金材料的扫描电镜形貌图。
[0028]图8是本专利技术实施例2提供的高强韧高密度多组元合金材料的EBSD反极图(IPF)和相分布图。
[0029]图9是本专利技术实施例2提供的高强韧高密度多组元合金材料的压缩力学曲线图。
[0030]图10是本专利技术实施例3提供的高强韧高密度多组元合金材料的XRD谱图。
[0031]图11是本专利技术实施例3提供的高强韧高密度多组元合金材料的扫描电镜形貌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧高密度多组元合金，其特征在于：由下述组分按原子百分比组成：W 47～58％、Mo 8～17％、V 4～6％、Fe 14～25％、Ni 6～15％；其中，W、Mo、V的原子百分含量之和≤80％且≥60％；Fe、Ni的原子百分含量之和≥20％且≤40％；各组分原子百分比之和为100％。2.如权利要求1所述的高强韧高密度多组元合金的制备方法，其特征在于：包括，按合金的原子百分比配取各组分原料，在真空或惰性气体保护条件下烧结，得合金材料。3.如权利要求2所述的高强韧高密度多组元合金的制备方法，其特征在于：所述烧结，采用真空热压烧结或放电等离子体烧结方法。4.如权利要求2所述的高强韧高密度多组元合金的制备方法，其特征在于：所述在真空条件下烧结，维持炉内真空度在1～0.0001Pa。5.如权利要求2所述的高强韧高密度多组元合金的制备方法，其特征在于：所述在惰性气体保护条件下烧结，维持炉内惰性气体压力在0.000001～5MPa。6.如权利要求2～5中任一项所述的高强韧高密度多组元合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志明，胡鑫，刘新利，严定舜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：