一种低密度难熔高熵合金及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种低密度难熔高熵合金及制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种低密度难熔高熵合金及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高温用合金领域，尤其涉及一种低密度难熔高熵合金及制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着航空航天工业的不断发展，迫切需要高温力学性能优异的金属结构材料
。
镍基高温合金具有高温强度
、
高温抗氧化性
、
耐热腐蚀性与高温抗疲劳性等优点，在航空航天和能源存储领域具有广阔的应用前景，如喷气发动机和涡轮机；虽然在镍基高温合金的组织成分控制与性能改善等方面取得了很大的进步，并在航空航天和能源存储等领域得到了一些应用，但远未达到大规模工程化应用程度
。
究其原因，主要存在两方面问题：一是密度较高
(8.5g/cm3
左右
)
；二是在较高工作温度下的使用受到其固溶线和熔化温度的限制
。
与镍基高温合金相比，使用高熔点耐火元素的高熵合金具有优异的高温机械性能，在耐高温结构材料方向占着举足轻重的地位
。
但是高熵合金含有5种及以上的主要金属元素，且每种元素的原子比在5％
‑
35
％之间，其本身具有传统合金不具备的四大效应：高熵效应，晶格畸变效应，缓慢扩散效应，“鸡尾酒”效应
。
合理的元素设计可以使高熵合金具备超越传统合金的性能，例如硬度
、
高温性能等
。
近年来，高熵合金已经得到了很多研究，人们已经初步认识到主要元素对合金物理和机械性能的部分影响r/>。
基于熔点很高的难熔金属元素的高熵合金，称为难熔高熵合金
。
难熔高熵合金主要由高熔点元素作为组成元素，熔点因此更高，耐高温性能更好，同时合金还具有高熵合金共有的效应，在高温下能表现出更加优异的综合性能，是一类发展前景广阔的高温合金
。
难熔高熵合金的出现为新一代高温材料的开发提供了新的思路，有望在更高的工况温度满足日益增长的性能需求
。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种低密度难熔高熵合金及制备方法和应用，以解决现有技术中上述以及潜在的任一问题
。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种低密度难熔高熵合金，该低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.0
‑
11.0at
％；
Mo
：
10.0
‑
11.0at
％；
Nb
：
20.5
‑
21.5at
％；
Ti
：
25.5
‑
27.0at
％；
V
：
10.0
‑
11.0at
％；
Zr
：
20.4
‑
21.5at
％
。
[0005]进一步，所述低密度难熔高熵合金具有
BCC1+BCC2+AlZr2的多相结构，且合金的熔点不低于
1400℃
；密度为
6.35
‑
6.55g/cm3。
[0006]进一步，所述低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.12at
％；
Mo
：
10.20at
％；
Nb
：
21.48at
％；
Ti
：
25.64at
％；
V
：
10.98at
％；
Zr
：
21.50at
％；合金密度为
6.38g/cm3。
[0007]进一步，所述低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.53at
％；
Mo
：
10.53at
％；
Nb
：
21.06at
％；
Ti
：
26.31at
％；
V
：
10.53at
％；
Zr
：
21.04at
％；合金密度为
6.36g/cm3。
[0008]进一步，所述低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.99at
％；
Mo
：
10.99at
％；
Nb
：
20.5at
％；
Ti
：
25..59at
％；
V
：
10.99at
％；
Zr
：
20.94at
％；合金密度为
6.36g/cm3。
[0009]本专利技术的另一目的是提供一种制备如上述的低密度难熔高熵合金的方法，该方法具体包括下述制备步骤：
[0010]S1)
原料准备：按照原子百分比计算取定量
Al、Mo、Nb、Ti、V、Zr
原材料块体，并进行预处理；
[0011]S2)
熔炼制备：将
S1)
处理后的原材料块采用真空熔炼工艺进行熔炼多次，经过均匀化热处理后，即获得低密度难熔高熵合金
。
[0012]进一步，所述
S1)
的具体工艺为：
[0013]S1.1)
将原材料块体表面杂质和氧化皮去除，随后精确称量所需要的原材料质量；
[0014]S1.2)
随后所有称量好的原材料都放置在无水乙醇中进行超声波震荡清洗，以便除掉表面的杂质，并进行干燥处理
。
[0015]进一步，所述
S2)
的具体工艺为：
[0016]S2.1)
熔炼前将真空度抽至5×
10
‑3Pa
以下，熔炼时的电流为
380A
‑
400A
；每完成一次熔炼时需翻面，且反复熔炼至少8次
。
[0017]S2.2)
再进行均匀化热处理，具体工艺为：
1190℃
～
1210℃
，
24
小时，随炉冷却
。
[0018]进一步，所述低密度难熔高熵合金的应变速率为
0.001s
‑1，其室温屈服强度不低于
1733MPa
，抗压强度不低于
1781MPa
；在
800℃
时屈服强度不低于
921MPa
，抗压强度不低
987MPa
；在
1000℃
时屈服强度不低于
3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低密度难熔高熵合金，其特征在于：所述低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.0
‑
11.0at
％；
Mo
：
10.0
‑
11.0at
％；
Nb
：
20.5
‑
21.5at
％；
Ti
：
25.5
‑
27.0at
％；
V
：
10.0
‑
11.0at
％；
Zr
：
20.4
‑
21.5at
％
。2.
根据权利要求1所述的低密度难熔高熵合金，其特征在于，所述低密度难熔高熵合金具有
BCC1+BCC2+AlZr2的多相结构，且合金的熔点不低于
1400℃
；密度为
6.35
‑
6.55g/cm3。3.
根据权利要求1所述的低密度难熔高熵合金，其特征在于，所述低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.14at
％；
Mo
：
10.22at
％；
Nb
：
21.50at
％；
Ti
：
25.66at
％；
V
：
10.98at
％；
Zr
：
21.50at
％；合金密度为
6.38g/cm3。4.
根据权利要求1所述的低密度难熔高熵合金，其特征在于，所述低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.53at
％；
Mo
：
10.53at
％；
Nb
：
21.06at
％；
Ti
：
26.31at
％；
V
：
10.53at
％；
Zr
：
21.04at
％；合金密度为
6.37g/cm3。5.
根据权利要求1所述的低密度难熔高熵合金，其特征在于，所述低密度难熔高熵合金的各个组分的原子百分比为：
Al
：
10.99at
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志浩，赵文源，张砻耀，董建新，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：