【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金材料，具体涉及一种超高硬度高温高熵合金及其制备方法。
技术介绍
1、在航空航天、化学、电力系统、汽车、海洋开发和石油化学工业等领域，由于服役条件恶劣，大量由传统碳钢制造的轴承、阀门、转子等重要金属零部件承受着持续的磨损，导致其使用寿命明显降低甚至失效。这不仅降低了生产效率，而且提高了维修的时间和成本。因此，具有优异综合性能的特种合金新材料的设计以及优质制备方法的开发显得尤为重要。
2、cantor和yeh等，提出了高熵合金(hea)的新概念，即通过合金化5种及以上元素制备，每种元素占比为5％-35％(摩尔比)。随机混合的多种元素增加了构型熵，抑制了化合物形成的自由能，从而更倾向于形成简单的面心立方(fcc)、体心立方(bcc)或密排六方(hcp)结构的无序固溶体，进而抑制了金属间化合物的形成。随着研究的不断深入，高熵合金已在化学、核、能源、生物医学领域、汽车、航空航天等许多工程应用领域应用。由于缓慢扩散效应、高熵效应、鸡尾酒效应和晶格畸变效应的作用，高熵合金可以表现出高强度和超高硬度、良好的高温抗氧化性、耐蚀性、耐磨性、热稳定性能等优异性能。高熵合金的提出突破了现代材料性能的极限，扩大了材料科学和冶金结合的前景，逐渐满足当前设计实践的高端材料需求，为耐磨合金的开发提供了广阔的空间。
3、申请公布号为cn111020339a的专利技术专利公开的“一种超高硬度齿轮涂层用高熵合金及制造方法”公布了一种具有超高硬度高熵合金，化学组成为femocrvtisix，0≤x≤0.5。通过改变si元素的含
4、申请公布号为cn111364040a的专利技术专利公开的“一种高硬度高熵合金涂层及其制备方法和应用”公布了一种高熵合金涂层，化学组成按原子百分比构成为：cocrfemnnitixvy，其中x＝0.3～1，y＝0.1～1。由富v的bcc1相和富ti的bcc2相组成，涂层的平均硬度达到了942.8hv0.3。
5、申请公布号为cn116904790a的专利技术专利公开的“高硬度wc/covtib高熵合金复合材料的制备方法”公布了公开了一种高硬度wc/covtib高熵合金复合材料的制备方法，复合材料中各组分为：wc 60-70％，co10-15％，v 3-5％，ti 4-7％，b 13-17％，所述复合材料的平均显微硬度达到950hv。
6、高温高熵合金是一种新型的高温合金，拥有着独特的晶体结构以及超高硬度、高强度以及优异的高温性能等优点,在耐磨材料领域极具发展潜力。与传统合金相比，即使在复杂多变的工作环境下，高温高熵合金也能保持较高的高温强度、超高硬度、优异的抗氧化和耐腐蚀性能、良好的断裂韧性和疲劳性能。为了使合金达到钻头、柱钉等耐磨件的使用要求，设计和制备综合力学性能优异的超高硬度高熵合金新材料具有重要的工程和研究意义。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供了一种超高硬度高温高熵合金及其制备方法，该合金具有高塑性、高强度、超高硬度，且高温力学性能优异，能够满足先进硬度材料的需求；同时该制备方法操作简单、安全，制备效果好。
2、技术方案：一种超高硬度高温高熵合金，合金组分为nbamobtactidvecf，其中，a、b、c、d、e、f分别为对应元素的原子百分比，15≤a≤30，0≤b≤20，15≤c≤25，15≤d≤30，10≤e≤25，10≤f≤20，且a+b+c+d+e+f＝100。
3、优选的，所述高温高熵合金的合金成分为nb22.2ta22.0ti23.9v21.2c10.7。
4、优选的，所述高温高熵合金的合金成分为nb17.7mo16.4ta17.6ti19.1v17.0c12.2。
5、优选的，所述高熵合金由bcc结构的高熵合金相与fcc结构的碳化物陶瓷相组成；所述的高熵合金相为nb、ta、ti和v元素组成的固溶体，碳化物陶瓷相为(ti，ta)c高熵碳化物。
6、优选的，所述高熵合金以具有bcc结构的固溶体相为基体，基体上均布具有近椭圆形fcc结构的碳化物陶瓷相。
7、上述超高硬度高温高熵合金的制备方法，包括步骤如下：
8、s1.按原子比称取原料nb、mo、ta、ti、v和tac，再按熔点从低到高依次铺设在真空电弧熔炼炉的铜坩埚中；
9、s2.将钛锭放入真空电弧熔炼炉的另一铜坩埚中，在氩气气氛下熔化钛锭3～5min；
10、s3.熔炼步骤s1中的原料，原料熔化后开启电磁搅拌，搅拌电流大小为6a，得到合金铸锭，冷却后翻转铸锭；
11、s4.重复步骤s3，得到所述超高硬度高温高熵合金。
12、优选的，所述原料nb、mo、ta、ti、v为各元素对应的单质颗粒，其纯度均≥99.9wt.％。
13、优选的，所述原料tac为粉末，其纯度≥99.5wt.％。
14、优选的，所述步骤s2中，钛锭放置完毕后，抽真空至5×10-3pa以下，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.05～0.06mpa。
15、优选的，所述步骤s3中，熔炼电流为300～400a，且在每次熔炼合金熔化后，电弧保持4～5min。
16、有益效果：1、本专利技术制备了一种超高硬度nb-mo-ta-ti-v-c高温高熵合金，提供了一种具有优异综合性能的特种合金的新材料。其微观形貌为具有较为规整的圆形的fcc结构碳化物均匀分布在bcc结构的高熵合金基体上。由bcc结构的高熵合金固溶体相与原位生成的具有fcc结构的碳化物陶瓷相组成。合金具有优异的力学性能，结合了良好的塑性变形能力和超高强度和硬度。实施例1的室温压缩工程应力可达1900mpa，工程应变可达20％，表现出1492.9hv的超高硬度平均值，硬度约为304不锈钢(硬度210.0hv)的7.1倍。
17、2、本专利技术制备合金的dsc曲线证实合金在室温至1450℃区间内晶体结构稳定，未发生相变，由于相的稳定性好，在高温条件下不易发生破坏，应用的安全性好。合金具有良好的高温力学性能，在1273k的高温下仍能保持476.1mpa的抗压强度。
18、3、本专利技术采用电弧熔炼法制备，制备过程简单，反应温度高，高温下元素扩散速率高，可以有效促进金属元素和碳元素中的扩散，有利于原位生成碳化物增强相；高温熔炼可有效去除氧化物等微量杂质，相界面干净，结合强度高；所述制备方法操作简单、安全，制备效果好。操作过程只有真空电弧熔炼一步，即可制得成分均匀的nb-mo-ta-ti-v-c超高硬度高温高熵合金铸锭。
19、4、本专利技术制备的一种超高硬度nb-mo-ta-ti-v-c高温高熵合金，由于的大量c元素(＞10at.％)的添加，在熔炼时，c元素会与原料中的难熔金属元素(nb、mo、ta、ti、v)原位生成大量的碳化物增强相，碳化物相具有高熔点以及高的热稳定性，并均匀分布在难熔金属固溶体相上。由于大量原位生本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，合金组分为NbaMobTacTidVeCf，其中，a、b、c、d、e、f分别为对应元素的原子百分比，15≤a≤30，0≤b≤20，15≤c≤25，15≤d≤30，10≤e≤25，10≤f≤20，且a+b+c+d+e+f＝100。
2.根据权利要求1所述的一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，所述高温高熵合金的合金成分为Nb22.2Ta22.0Ti23.9V21.2C10.7。
3.根据权利要求1所述的一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，所述高温高熵合金的合金成分为Nb17.7Mo16.4Ta17.6Ti19.1V17.0C12.2。
4.根据权利要求1所述的一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，所述高熵合金由BCC结构的高熵合金相与FCC结构的碳化物陶瓷相组成；所述的高熵合金相为Nb、Ta、Ti和V元素组成的固溶体，碳化物陶瓷相为(Ti，Ta)C高熵碳化物。
5.根据权利要求1所述的一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，所述高熵合金以具有BCC结构的固溶体相为基体，基体上均布具有近椭圆形F
6.权利要求1所述的超高硬度高温高熵合金的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
7.根据权利要求6所述的超高硬度高温高熵合金的制备方法，其特征在于，所述原料Nb、Mo、Ta、Ti、V为各元素对应的单质颗粒，其纯度均≥99.9 wt.%。
8.根据权利要求6所述的超高硬度高温高熵合金的制备方法，其特征在于，所述原料TaC为粉末，其纯度≥99.5 wt.%。
9.根据权利要求6所述的超高硬度高温高熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，钛锭放置完毕后，抽真空至5×10-3 Pa以下，然后充入纯度为99.99%的氩气至0.05~0.06Mpa。
10.根据权利要求6所述的超高硬度高温高熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，熔炼电流为300~400A，且在每次熔炼合金熔化后，电弧保持4~5min。
...【技术特征摘要】
1.一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，合金组分为nbamobtactidvecf，其中，a、b、c、d、e、f分别为对应元素的原子百分比，15≤a≤30，0≤b≤20，15≤c≤25，15≤d≤30，10≤e≤25，10≤f≤20，且a+b+c+d+e+f＝100。
2.根据权利要求1所述的一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，所述高温高熵合金的合金成分为nb22.2ta22.0ti23.9v21.2c10.7。
3.根据权利要求1所述的一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，所述高温高熵合金的合金成分为nb17.7mo16.4ta17.6ti19.1v17.0c12.2。
4.根据权利要求1所述的一种超高硬度高温高熵合金，其特征在于，所述高熵合金由bcc结构的高熵合金相与fcc结构的碳化物陶瓷相组成；所述的高熵合金相为nb、ta、ti和v元素组成的固溶体，碳化物陶瓷相为(ti，ta)c高熵碳化物。
5.根据权利要求1所述的一种超高硬...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈长玖，张帆，杨若婷，陈正，何业增，张平，沈宝龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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