高耐腐蚀高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高耐腐蚀高熵合金及其制备方法，属于耐腐蚀合金材料及其制备技术领域。一种高耐腐蚀高熵合金，其特征在于：包含Nb、Ti、Cr、A、Zr五种金属元素，且按原子百分比计，Nb：18～22％，Ti：18～22％，Cr：18～22％，A：18～22％，Zr：18～22％，以及不可避免的杂质；所述A为V或Mo。本发明专利技术采用一种高耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所制合金强度高，耐腐蚀性能优异，制备工艺简单，操作便捷，可广泛推广使用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
高耐腐蚀高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高耐腐蚀高熵合金及其制备方法，属于耐腐蚀合金材料及其制备


技术介绍

[0002]由于钛合金在海水中具有较好的耐腐蚀性，因此其是海洋环境中最理想的设备制作材料，使用钛合金将使海军舰船及装备大大提高战斗力、降低维护成本、延长使用寿命。美国、俄罗斯、和中国海军已将钛合金广泛应用于舰艇和深潜器等装备。在民用海洋设施中使用的耐压壳体、海水管路及其他阀门等大多使用钛合金作为制作原材料。
[0003]高熵合金作为近年来的新型热门合金，具有众多优点，如热力学上高混合熵、动力学上慢扩散、结构上晶格畸变大以及性能上的具有“鸡尾酒”效应等特点。自中国台湾叶均蔚教授于1996年提出高熵合金这一新概念以来，高熵合金受到了国内外材料科学研究者的广泛关注。研究者从不同的合金成分体系出发，对高熵合金的组织与性能开展了不同的研究。将高熵合金应用于海洋耐腐蚀材料是国际研究的热点方向之一。但是现有的很多高熵合金难以满足海洋环境的要求。
[0004]CN114951634A公开了一种高熵合金耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法，该方法的具体步骤如下：以原子百分数计，采用17～22％的钴、17～22％的铬、17～22％的镍、17～22％的铜及余量铝制得涂层粉末，所述涂层粉末的晶体为体心立方晶格结构；将所述涂层粉末涂覆在基材上，所述基材与所述涂层的界面上形成梯度固溶体。该方法存在如下缺陷：虽然提高了材料的耐腐蚀性能，但抗弯强度、弯曲弹性模量、硬度金相效果差。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术解决的第一个技术问题是提供一种高耐腐蚀高熵合金。
[0006]一种高耐腐蚀高熵合金，其特征在于：包含Nb、Ti、Cr、A、Zr五种金属元素，且按原子百分比计，Nb：18～22％，Ti：18～22％，Cr：18～22％，A：18～22％，Zr：18～22％，以及不可避免的杂质；所述A为V或Mo。其中，所述高熵合金中包括HCP六方密排固溶体、BCC体心立方固溶体和LAVES结构析出相。
[0007]其中，所述高熵合金中包括HCP六方密排固溶体、BCC体心立方固溶体和LAVES结构析出相；其中，所述所述高熵合金中HCP六方密排固溶体含量为45～49％、BCC体心立方固溶体含量为45～49％和LAVES结构析出相含量为2～8％。
[0008]本专利技术解决的第二个技术问题是提供一种高耐腐蚀高熵合金的制备方法，包括如下步骤：
[0009]a、分别取纯度为99.95％、金属颗粒尺寸1～5mm的Nb、Ti、Cr、V、Zr和Nb、Ti、Cr、Mo、Zr各五种金属原原料，按照上述高耐腐蚀高熵合金的原子百分比混匀，压制成坯料；
[0010]b、进行真空非自耗电弧熔炼。
[0011]其中，所述步骤a中压制的压力为25～35MPa。
[0012]优选的，所述步骤a中，压制的压力为30MPa。
[0013]其中，所述熔炼操作，包括如下步骤：
[0014]对水冷铜坩埚熔炼炉进行氩气清洗，先抽真空至熔炼炉内压强低于0.0009Pa，随后充入氩气使得炉内压强达到5～10Pa，再抽真空至熔炼炉内压强低于0.0009Pa，开始熔炼；
[0015]熔炼时电压为380V，电流为500～600A，熔炼时间五分钟；熔炼结束后，关闭电流，冷却至1000℃，反转铸锭方向，再次加载电流500A进行熔炼，熔炼时间5分钟；重复此步骤至少8次，熔炼过程伴随有磁力搅拌，搅拌电流为5A；
[0016]随炉冷却至400℃以下，降温速率在50～100℃/min，再空冷至室温。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]1、本专利技术所提供的一种高耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所制得的高耐腐蚀高熵合金具有较高的硬度和弯曲强度，原子间的结合力强，熔点高，固溶强化和析出相强化共同配合，有助于提高材料强度。
[0019]2、本专利技术所提供的一种高耐腐蚀高熵合金及其制备方法，所制得的高耐腐蚀高熵合金具有强耐腐蚀性，在王水中腐蚀4小时无宏观变化，电化学测试结果比现有TA2钛合金的腐蚀电流密度小2个数量级，可以作为海军装备的耐腐蚀材料使用。
[0020]3、本专利技术所提供的一种高耐腐蚀高熵合金及其制备方法，采用的真空非自耗电弧熔炼，所需设备市场供应充足，不需要开发新设备，能耗较低，熔炼时间可在半小时内完成，有效降低成本，且制备工艺操作方便，可实现大尺寸铸锭的制备，适于工业化生产，具有良好的经济效益。
附图说明
[0021]图1为本专利技术高耐腐蚀NbTiCrVZr(左)和NbTiCrMoZr(右)高熵合金的铸锭图。
[0022]图2为本专利技术高耐腐蚀NbTiCrVZr(左)和NbTiCrMoZr(右)高熵合金的X射线衍射图。
[0023]图3为本专利技术高耐腐蚀NbTiCrVZr(左)和NbTiCrMoZr(右)高熵合金的微观金相图。
[0024]图4为本专利技术高耐腐蚀NbTiCrVZr、NbTiCrMoZr高熵合金以及TA1钛合金电化学极化曲线。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应该视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件进行。
[0026]实施例1本专利技术NbTiCrVZr高熵合金的制备
[0027]分别取纯度为99.95％、金属颗粒平均尺寸4mm的Nb、Ti、Cr、V、Zr五种金属元素，且按原子百分比计，Nb：20％，Ti：20％，Cr：20％，V：20％，Zr：20％。对高熵合金配料混合后压制，压力为30MPa，再进行真空非自耗电弧熔炼。对水冷铜坩埚熔炼炉进行一次氩气清洗，先抽真空至熔炼炉内压强为0.0008Pa，随后充入氩气使得炉内压强达到6Pa，再抽真空至熔炼炉内压强为0.0008Pa，开始熔炼；熔炼时电压为380V，电流为550A，熔炼时间五分钟；熔炼结
束后，关闭电流，冷却至1000℃，反转铸锭方向，再次加载电流550A进行熔炼，熔炼时间5分钟；重复此步骤8次，熔炼过程伴随磁力搅拌，搅拌电流为5A；随炉冷却至350℃，降温速率在90～100℃/min，再空冷至室温。最后对获得的铸锭进行切割和表征。
[0028]实施例2本专利技术NbTiCrMoZr高熵合金的制备
[0029]分别取纯度为99.95％、金属颗粒平均尺寸4mm的Nb、Ti、Cr、Mo、Zr五种金属元素，且按原子百分比计，Nb：20％，Ti：20％，Cr：20％，Mo：20％，Zr：20％。对高熵合金配料混合后压制，压力为30MPa，再进行真空非自耗电弧熔炼。对水冷铜坩埚熔炼炉进行一次氩气清洗，先抽真空至熔炼炉内压强为0.0008Pa，随后充入氩气使得炉内压强达到6Pa，再抽真空至熔炼炉内压强为0.0008Pa，开始熔炼；熔炼时电压为380V，电流为550A，熔炼时间五分钟；熔炼结束后，关闭电流，冷却至1000℃，反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐腐蚀高熵合金，其特征在于：包含Nb、Ti、Cr、A、Zr五种金属元素，且按原子百分比计，Nb：18～22％，Ti：18～22％，Cr：18～22％，A：18～22％，Zr：18～22％，以及不可避免的杂质；所述A为V或Mo。2.根据权利要求1所述的高耐腐蚀高熵合金，其特征在于：所述高熵合金中包括HCP六方密排固溶体、BCC体心立方固溶体和LAVES结构析出相；其中，所述高熵合金中HCP六方密排固溶体含量为45～49％、BCC体心立方固溶体含量为45～49％和LAVES结构析出相含量为2～8％。3.权利要求1或2所述的高耐腐蚀高熵合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、分别取纯度为99.95％、金属颗粒尺寸1～5mm的Nb、Ti、Cr、V、Zr和Nb、Ti、Cr、Mo、Zr各五种金属原原料，按照高耐腐蚀高熵合金的原子百分比混匀，压制成坯料；b、进行真空非自耗电弧熔炼。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：