一种难熔高熵合金及其制备方法技术

技术编号：41375415 阅读：43 留言：0更新日期：2024-05-20 10:19

本发明专利技术公开了一种难熔高熵合金及其制备方法，所述难熔高熵合金的化学表达式为TiZrNbAl<subgt;0.2</subgt;Ta<subgt;0.1</subgt;(原子摩尔百分比at.％)。本发明专利技术提供的低密度难熔高熵合金TiZrNbAl<subgt;0.2</subgt;Ta<subgt;0.1</subgt;，Al含量低，具有优异的强塑匹配性，压缩屈服强度达到1001MPa，压缩应变>70％，拉伸屈服强度达到894MPa，拉伸应变为大于13％，在高温合金领域具有重要的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新材料，尤其涉及一种难熔高熵合金及其制备方法。

技术介绍

1、高温合金是航空发动机与航天动力系统的基石，其高温下的强度水平及稳定性直接决定了其装备的技战水平。随着航空航天工业的进一步发展，新一代高推重比/功重比航空发动机热端部件和高马赫数飞行器关键减重材料要求更加轻质和高强。目前，钛合金和镍基等高温合金的研制已经取得了重要的进展，被广泛应用于航空航天领域，但是它们又存在一定的局限性。例如：钛合金的密度较低，可以满足航空航天材料低密度的要求，但其使用温度很难突破600℃；传统的镍基、钴基以及铁基高温合金虽然具有很高的高温强度，能够满足高温性能的要求，但其密度普遍大于8g/cm3，无法满足低密度的要求。

2、近些年来，高熵合金的出现为合金成分的设计提供了一种新的思路，通过选择低密度的合金元素，可制备出一种新型的、更加轻质的、且高温性能优于传统高温合金材料的轻质高温高熵合金，从而弥补钛合金及镍基等高温合金的不足。

3、因此，急需研究开发一种更加轻质的工作温度在650℃以上的轻质高熵合金，以满足其在航空航天领域应用中的需求。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种难熔高熵合金及其制备方法，以此来解决现有高熵合金工作温度过低、密度高的问题。

2、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、本专利技术的第一方面，提供一种难熔高熵合金，所述高熵合金的化学表达式为tizrnbal0.2ta0.1。p>

4、本专利技术的第二方面，提供一种上述难熔高熵合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

5、按照所需原子个数计算出与之相关的各元素重量并进行原材料称取；

6、采用真空电弧熔炼水冷铜坩埚技术对上述原材料进行熔炼，冷却后得到所述高熵合金。

7、优选的，采用真空电弧熔炼水冷铜坩埚技术对上述原材料进行熔炼，冷却后得到所述高熵合金的步骤，具体包括：

8、将称取的原材料放置于水冷铜坩埚内，调节抽真空度不小于5*10-3pa，充入氩气至气压到0.5pa，增大电流至650a，反复进行熔炼，冷却后得到所述难熔高熵合金。

9、优选的，将称取的原材料放置于水冷铜坩埚内的步骤，具体包括：

10、将原材料按熔点高低顺序放置于水冷铜坩埚中，al材料放置于所述水冷铜坩埚的最底层，ti、zr材料放置于所述水冷铜坩埚的中间层，nb、ta材料放置于所述水冷铜坩埚的最上层。

11、优选的，所述原材料中ti的纯度为99.9wt％，zr的纯度为99.5wt％，nb的纯度为99.95wt％，al的纯度为99.996wt％，ta的纯度为99.95wt％。

12、优选的，所述熔炼的次数不少于6次。

13、优选的，每次对所述原材料熔炼的时间不少于5min，待合金冷却后翻转。

14、有益效果：

15、本专利技术公开了一种难熔高熵合金及其制备方法与应用，本专利技术通过选择低密度的金属元素ti、zr、nb、al，并适量添加微量的ta元素，利用真空电弧熔炼水冷铜坩埚技术合成一种具有单相体心立方固溶体结构的低密度难熔高熵合金tizrnbal0.2ta0.1，其具有优异的强塑匹配性，压缩屈服强度达到1001mpa，压缩应变>70％，拉伸屈服强度达到894mpa，拉伸应变为大于13％，在高温合金领域具有重要的应用前景。

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【技术保护点】

1.一种难熔高熵合金，其特征在于，所述难熔高熵合金的化学表达式为TiZrNbAl0.2Ta0.1。

2.一种权利要求1所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，采用真空电弧熔炼水冷铜坩埚技术对上述原材料进行熔炼，冷却后得到所述高熵合金的步骤，具体包括：

4.根据权利要求3所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，将称取的原材料按照放置于水冷铜坩埚内的步骤，具体包括：

5.根据权利要求2所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述原材料中Ti的纯度为99.9wt％，Zr的纯度为99.5wt％，Nb的纯度为99.95wt％，Al的纯度为99.996wt％，Ta的纯度为99.95wt％。

6.根据权利要求2所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼的次数不少于6次。

7.根据权利要求2所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，每次对所述原材料熔炼的时间不少于5min，待合金冷却后翻转。

【技术特征摘要】

1.一种难熔高熵合金，其特征在于，所述难熔高熵合金的化学表达式为tizrnbal0.2ta0.1。

2.一种权利要求1所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，将称取的原材料按照放置于水冷铜坩埚内的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖卫兵，徐晨昊，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：

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