一种高熔点高熵合金及其制备方法与流程

本发明涉及一种高熔点高熵合金材料及其制备方法，属于合金材料技术领域。

背景技术：

高熵合金是一种至少含有五种主要金属元素且每种元素的含量在5％～35％之间，按照等原子比或接近等原子比的设计比例，使合金混合熵高于合金熔化熵的一类合金材料。

合金的混合熵随着合金系组元数目的增多而增大，从而抑制金属间化合物的形成，促使合金形成固溶体。高熵合金由于其组成元素大于等于5，并且是按照等摩尔比配合，造成高熵合金的混合熵很高，从而促进了简单固溶体的产生，抑制了金属间化合物的形成，使得高熵合金具有许多优于其他合金的性能。高熵合金组成元素数目较多，而且又是形成固溶体结构，这必然会导致固溶体结构存在一定的晶格畸变，原子尺寸差异越大，晶格畸变越严重。严重的晶格畸变会导致高的固溶强化，加上原子迟滞扩散的作用，使得高熵合金展现出了良好的性能，例如优异的力学性能，良好的耐磨性等等，具有很好的研究前景。

2010年，senkov.o.n首次制备出完全由高熔点金属元素组成的wnbmota和wnbmotav高熔点高熵合金。两种高熵合金熔点均大于2600℃，高温力学性能与传统的高温镍基合金相比毫不逊色，但室温塑性差，断裂应变仅为2％和1.5％。2011年，senkov.o.n等人在wnbmotav高熵合金的基础上改进得到的hfnbtatizr高熵合金，虽然塑性应变提高到了50％以上，但其室温压缩屈服强度降低至仅为929mpa。在随后不断改进与发明的高熔点高熵合金中，大部分高熔点高熵合金在室温压缩下的断裂应变小于10％，加工性能较差，限制了材料的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决高熔点高熵合金室温下强塑性配合较差的问题，提供一种高熔点高熵合金材料及其制备方法，选取hf、nb、ta、ti、zr、mo和w七种高熔点的金属元素制备出hfnbtatizrw和hfnbtatizrmow两种高熔点高熵合金。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种高熔点高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、选用hf、nb、ta、ti、zr、w六种元素或者hf、nb、ta、ti、zr、mo、w七种元素作为原料进行配料，其中每种元素在合金中的原子个数相等。

步骤二、将原料按照熔点由低到高的顺序依次放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中。

步骤三、关闭炉门，对炉膛抽真空，之后充入高纯氩气作为保护气氛。

步骤四、在高纯氩气的保护下引弧熔炼，将原料反复熔炼次制成母合金纽扣锭，即得到高熔点高熵合金。

上述步骤一中所选用的hf、nb、ta、ti、zr、mo、w金属原料纯度高于99.9wt.％。

上述步骤三中炉膛真空度为2.5×10^-3mpa。

上述步骤三中熔炼炉中充入氩气气氛的压强为0.06mpa。

上述步骤四中熔炼电流为450a～550a。

上述步骤四中合金保持液态的时间至少为40分钟。

有益效果

本发明提供的一种高熔点高熵合金材料，主要是利用hf、nb、ta、ti、zr、mo和w等高熔点金属制成，该合金室温下屈服强度大于1550mpa，且断裂应变达到了26％。

附图说明

图1为实施例1合金hfnbtatizrw铸锭的x射线衍射图；

图2为实施例1合金hfnbtatizrw室温准静态压缩工程应力-应变曲线；

图3为实施例2合金hfnbtatizrmow铸锭的x射线衍射图；

图4为实施例2合金hfnbtatizrmow室温准静态压缩工程应力-应变曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

高熔点高熵合金hfnbtatizrw及其制备方法

本实施例提供的hfnbtatizrw高熵合金，由六种元素组成，合金中各个元素的原子个数相等。

包括以下步骤：

(1)选用hf、nb、ta、ti、zr和w金属颗粒作为原料，其中hf、nb、ta、zr和w金属颗粒的纯度为99.95wt.％，ti颗粒的纯度为99.999wt.％；

(2)将上述金属颗粒按原子个数比1:1:1:1:1:1的比例进行配料，即w(hf)＝22.0211g，w(nb)＝11.4627g，w(ta)＝22.3246g，w(ti)＝5.9096g，w(zr)＝11.2542g，w(w)＝22.6811g；

(3)将上述金属颗粒按熔点由低到高，即ti、zr、hf、nb、ta、w的顺序放入熔炼炉的水冷铜坩埚中；

(4)对真空电弧熔炼炉中抽真空至2.5×10^-3mpa，然后充入0.06mpa的高纯氩气作为保护气氛；

(5)在高纯氩气保护气氛下引弧，熔炼电流为450a，每次熔炼时合金保持液态的时间为5min，反复翻转熔炼8次，使其混合均匀，制成母合金纽扣锭。

图1为实施例1制备的hfnbtatizrw高熵合金的xrd图谱，由图中可以看出该合金为两相bcc结构。图2为实施例1制备的hfnbtatizrw高熵合金在室温准静态压缩下的应力-应变曲线。该合金的屈服强度为1550mpa。屈服阶段后有明显的应变硬化效应出现，最终抗压强度达到2324mpa，断裂应变为26％。

实施例2

高熔点高熵合金hfnbtatizrmow及其制备方法

本实施例提供的hfnbtatizrmow高熵合金，由七种元素组成，合金中各个元素的原子个数相等。

包括以下步骤：

(1)选用hf、nb、ta、ti、zr、mo和w金属颗粒作为原料，其中hf、nb、ta、zr、mo和w金属颗粒的纯度为99.95wt.％，ti颗粒的纯度为99.999wt.％；

(2)将上述金属颗粒按原子比1:1:1:1:1:1:1的比例进行配料，即w(hf)＝18.2842g，w(nb)＝9.5175g，w(ta)＝18.5362g，w(ti)＝4.9068g，w(zr)＝9.3444g，w(mo)＝9.8279g，w(w)＝18.8322g；

(3)将上述金属颗粒按熔点由低到高，即ti、zr、hf、nb、mo、ta、w的顺序放入熔炼炉的水冷铜坩埚中；

(4)对真空电弧熔炼炉中抽真空至2.5×10^-3mpa，然后充入0.06mpa的高纯氩气作为保护气氛；

(5)在高纯氩气保护气氛下引弧，熔炼电流为550a，每次熔炼时合金保持液态的时间为5min，反复翻转熔炼10次，使其混合均匀，制成母合金纽扣锭。

图3为实施例2制备的hfnbtatizrmow高熵合金的xrd图谱，由图中可以看出该合金为两相bcc结构。图4为实施例2制备的hfnbtatizrmow高熵合金在室温准静态压缩下的应力-应变曲线。该合金的屈服强度为1636mpa，抗压强度为2045mpa，断裂应变为16％。

以上是有关本发明的较佳实施例的说明。在此，需要说明的一点是，本发明并不局限于以上实施例，在满足权利要求书、发明内容以及附图等范围要求的情况下，可以对本发明所作的任何修改、同等替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。