一种Mo-Nb-V-Ta系高熵合金的制备方法技术

本发明专利技术属于高温材料技术领域，具体公开了一种Mo

【技术实现步骤摘要】
一种Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金的制备方法


[0001]本专利技术属于高温材料
，更具体地，涉及一种Mo
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Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金的制备方法。

技术介绍

[0002]基于熔点高于2000℃的难熔金属(Mo、Nb、Ta、Hf、Zr、V、W)制备难熔合金可有效提高材料的高温性能，但难熔合金的高温抗氧化性差、密度高，限制了其应用。近年来，高熵合金或多主元合金引起了研究者的关注。高熵合金具有含有多个主元元素且元素原子比趋于一致的特点。多主元成分并不会产生复杂析出相，而是形成了独特的单一固溶体相结构。难熔高熵合金是由数种难熔金属通过近似等摩尔的原子比混合得到的一类具有BCC结构的高熵合金体系。
[0003]难熔高熵合金在铸态下展现出典型的树枝晶组织，由于凝固过程中溶质元素的不完全扩散，导致先结晶的枝干与后结晶的枝间成分不同，出现枝晶偏析。偏析的存在使得受力过程中，枝晶臂与枝晶间产生局部应力，限制了位错的运动，损害了材料力学性能。通过均匀化退火或扩散退火处理可有效消除枝晶偏析。但均匀化退火需在高温下长时加热，需针对合金体系寻找适当的热处理工艺窗口，否则保温过程中会发生晶粒突然长大及第二相析出，反而对合金力学性能产生不利影响。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金的制备方法，旨在解决现有铸态难熔高熵合金在进行均匀化退火处理过程中容易出现晶粒突长及第二相析出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1、制备Mo
‑
Nb
‑
V
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Ta系高熵合金铸锭；
[0007]S2、将所述Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金铸锭加热至1200℃～1400℃进行3h～24h的均匀化热处理，热处理结束后冷却。
[0008]优选地，步骤S2中，将所述Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金铸锭置于可控气氛超高温热处理炉中，将炉腔抽真空并通入保护气氛后开始所述均匀化热处理。
[0009]优选地，所述炉腔的真空度为3
×
10
‑3～5
×
10
‑3Pa，所述保护气氛为纯度99.999％的惰性气体，所述保护气氛的氛围压力为
‑
0.04MPa。
[0010]优选地，步骤S2中，以6℃/min～14℃/min升温速率升温至1200℃～1400℃，所述热处理结束后炉冷至室温。
[0011]优选地，所述Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金铸锭的组成表达式为MoNbVTa
0.5
，所述组成表达式中的比例为相对原子比。
[0012]优选地，步骤S1中，以Mo、Nb、V、Ta金属单质作为原料，通过真空电弧熔炼制备获得
Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系高熵合金铸锭。
[0013]优选地，所述原料为纯度为99.95wt.％的Mo条、纯度为99.95wt.％的Nb片、纯度为99.95wt.％的V块和纯度为99.95wt.％的Ta粒，所述原料在进行真空电弧熔炼前，先进行打磨以去除其表面氧化皮，再在无水乙醇中进行超声波清洗，干燥。
[0014]优选地，所述真空电弧熔炼具体操作为：将配制好的合金原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空并通入保护气体后进行电弧熔炼，熔炼温度为3000℃～3500℃，熔炼结束后冷却。
[0015]优选地，所述真空电弧熔炼时的真空度为3
×
10
‑3Pa～5
×
10
‑3Pa，所述保护气体为纯度99.999％的氩气，所述保护气体的氛围压力为
‑
0.05MPa。
[0016]优选地，所述真空电弧熔炼过程中，待熔炼后的合金熔体冷却后对其翻面，再继续进行电弧熔炼，每次在合金原料完全熔化后保持一段时间，如此重复熔炼至少4次。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0018](1)本专利技术针对难熔高熵合金的铸态组织不均匀与成分偏析特点，提出利用均匀化热处理方式降低成分偏析程度，尤其针对Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta系难熔高熵合金，摸索其最佳均匀化热处理温度为1200℃～1400℃，热处理保温时间为3h～24h，在此条件内，晶粒不会发生剧烈增大，且不会析出尖角状第二相。
[0019](2)本专利技术通过对上述热处理工艺下的难熔高熵合金的力学性能研究，发现难熔高熵合金的室温力学性能得到显著提高，具体表现为相比铸态合金，屈服强度提高，塑性变形量增大，更有利于此类合金在结构材料方面的应用。
[0020](3)本专利技术通过真空电弧熔炼制备Mo
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Nb
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V
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Ta难熔高熵合金铸锭，较粉末冶金而言，该制备工艺极大提高了生产效率，引入杂质元素少，合金中无杂质相的形成。
[0021](4)本专利技术通过对真空度、保护气体纯度、保护气体氛围压力的设计，可有效保护合金在制备及热处理过程中不被氧化，在保证原料充分熔化发生冶金反应的同时有效避免原料损耗，使最终制备的合金成分精确。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的制备Mo
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Nb
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V
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Ta系高熵合金的工艺流程图。
[0023]图2是本专利技术实施例1至3中进行均匀化热处理后得到的Mo
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Nb
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V
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Ta难熔高熵合金与铸态合金的室温压缩曲线。
[0024]图3是本专利技术对比例1中进行均匀化热处理后得到的Mo
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Nb
‑
V
‑
Ta难熔高熵合金的微观组织图。
[0025]图4是本专利技术对比例1中进行均匀化热处理后得到的Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta难熔高熵合金与铸态合金的室温压缩曲线。
[0026]图5是本专利技术对比例2中进行均匀化热处理后得到的Mo
‑
Nb
‑
V
‑
Ta难熔高熵合金的微观组织图。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mo
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Nb
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V
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Ta系高熵合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备Mo
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Nb
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V
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Ta系高熵合金铸锭；S2、将所述Mo
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Nb
‑
V
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Ta系高熵合金铸锭加热至1200℃～1400℃进行3h～24h的均匀化热处理，热处理结束后冷却。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，将所述Mo
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Nb
‑
V
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Ta系高熵合金铸锭置于可控气氛超高温热处理炉中，将炉腔抽真空并通入保护气氛后开始所述均匀化热处理。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述炉腔的真空度为3
×
10
‑3～5
×
10
‑3Pa，所述保护气氛为纯度99.999％的惰性气体，所述保护气氛的氛围压力为
‑
0.04MPa。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，以6℃/min～14℃/min升温速率升温至1200℃～1400℃，所述热处理结束后炉冷至室温。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述Mo
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Nb
‑
V
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Ta系高熵合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭威，郑伟杰，赵觅，吕书林，吴树森，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：