一种TiZrNb基高熵合金及其制备方法

本发明涉及一种tizrnb基高熵合金及其制备方法，属于杀爆战斗部材料。

背景技术：

1、杀爆战斗部主要依靠爆轰驱动下的高速金属破片毁伤目标，可覆盖打击陆海空天全域(战斗机、导弹、雷达车等)目标，是各军种应用最广泛的一类战斗部。为了实现高效毁伤，破片要求爆轰加载后结构保持完整，侵彻过程中质量损失少，侵后充分破碎。

2、基于高熵合金设计理念开发的tizrnb多主元合金，其表现出良好的强韧性特性，具有良好的爆轰适应性和侵彻能力，但其在高速冲击下裂纹易沿着剪切方向迅速扩展，发生局域化剪切失效，导致侵后破碎不充分，因而后效毁伤威力有限。

技术实现思路

1、针对目前tizrnb多主元合金存在的问题，本发明提供一种tizrnb基高熵合金及其制备方法，通过添加少量其他元素，在合金的晶界处以及晶内引入脆性的非共格纳米析出相，为合金提供更多的裂纹萌生源和拓展路径，在满足爆轰加载和侵彻性能要求的同时实现冲击加载下均匀破碎；该合金的制备工艺简单，适合工业化生产。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

3、一种tizrnb基高熵合金，化学式记为tiazrbnbcmx，m为al、cr、fe、co、ni、cu和mo中的一种或多种，10≤a≤40，15≤b≤70，5≤c＜35，0＜x≤10，a+b+c+x＝100；所述高熵合金以bcc相为主，同时在晶界处以及晶内均存在少量非共格纳米析出相，动态压缩强度介于1000～1500mpa之间以及断裂应变介于10～35％之间，满足爆轰加载和侵彻性能要求的同时实现了冲击加载下均匀破碎。

4、进一步地，tiazrbnbcmx中，15≤a≤35，35＜b≤65，5≤c＜20，0＜x≤5，a+b+c+x＝100。

5、进一步地，tiazrbnbcmx中，m为al、cu和mo中的一种或多种。

6、一种tizrnb基高熵合金的制备方法，具体步骤如下：

7、以金属单质ti、zr、nb和m作为原料，在惰性气体保护气氛下，先进行合金化熔炼形成高熵合金锭，然后将高熵合金锭加热至非共格纳米析出相相转变温度以上100～200℃，保温1～12h后冷却则完成固溶处理，之后再加热至500～800℃，保温0.5～5h后冷却则完成时效处理，即获得所述高熵合金。通过调控组成成分、成分含量以及工艺条件，可以获得非共格纳米析出相分布、含量不同的一系列高熵合金，同时其动态压缩强及断裂应变对应在1000～1500mpa及10～35％范围内变化。

8、进一步地，tiazrbnbcmx中，m为cu时，0＜x≤3，为最佳添加量，最佳时效温度为500～600℃，最佳时效时间为0.5～2h；m为al或mo时，2≤x≤5为最佳添加量，最佳时效温度为600～700℃，最佳时效时间为2～5h。

9、进一步地，采用感应熔炼炉进行合金化熔炼，熔炼时保护气体为氩气。

10、有益效果：

11、(1)本发明所述高熵合金不仅保留了高熵合金基体的高强韧特性以满足爆轰和侵彻要求，而在晶界处和晶内引入的脆性非共格纳米析出相，为合金提供更多的裂纹萌生源和拓展路径，以实现冲击加载下均匀破碎。

12、(2)本发明所述高熵合金中，所添加的m元素与高熵合金组元具有较负的混合焓，且m元素与其他最大尺寸元素的原子半径相差10％以上，易形成脆性的非共格析出相；由于各m元素的原子尺寸不同，不同m元素对高熵合金的固溶强化具有显著差别，因此通过m元素的种类选择以及含量的调控，可进一步增加强韧性以及冲击加载下的均匀破碎程度。

13、(3)本发明所述高熵合金的制备过程中，先通过固溶处理使非共格纳米相完全回溶，之后再通过时效处理可有效控制第二相的大小、含量与分布，尤其是通过优化时效温度以及时效时间，能够促使合金的第二相含量连续增加，第二相的析出位置会不断增加，在晶粒内部和晶界处均有分布，从而使得高速冲击下的裂纹源增加，裂纹拓展路径变广，实现高速冲击下的均匀破碎，该制备方法操作简单，适合工业化生产，拓宽了tizrnb基高熵合金的应用范围。

技术特征：

1.一种tizrnb基高熵合金，其特征在于：化学式记为tiazrbnbcmx，m为al、cr、fe、co、ni、cu和mo中的一种或多种，10≤a≤40，15≤b≤70，5≤c＜35，0＜x≤10，a+b+c+x＝100；所述高熵合金以bcc相为主，同时在晶界处以及晶内均存在少量非共格纳米析出相，动态压缩强度介于1000～1500mpa之间以及断裂应变介于10～35％之间。

2.根据权利要求1所述的一种tizrnb基高熵合金，其特征在于：tiazrbnbcmx中，15≤a≤35，35＜b≤65，5≤c＜20，0＜x≤5，a+b+c+x＝100。

3.根据权利要求1或2所述的一种tizrnb基高熵合金，其特征在于：tiazrbnbcmx中，m为al、cu和mo中的一种或多种。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的tizrnb基高熵合金的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的tizrnb基高熵合金的制备方法，其特征在于：tiazrbnbcmx中，m为cu时，0＜x≤3，时效温度为500～600℃以及时效时间为0.5～2h；m为al或mo时，2≤x≤5，时效温度为600～700℃以及时效时间为2～5h。

6.根据权利要求4所述的tizrnb基高熵合金的制备方法，其特征在于：采用感应熔炼炉进行合金化熔炼，熔炼时保护气体为氩气。

技术总结
本发明涉及一种TiZrNb基高熵合金及其制备方法，属于杀爆战斗部材料技术领域。该高熵合金的化学式记为Ti<subgt;a</subgt;Zr<subgt;b</subgt;Nb<subgt;c</subgt;M<subgt;x</subgt;，M为Al、Cr、Fe、Co、Ni、Cu和Mo中的一种或多种，通过组成成分以及各成分含量的调控，使该高熵合金以BCC相为主，同时在晶界处以及晶内均形成少量非共格纳米析出相，为高熵合金提供更多的裂纹萌生源和拓展路径，且该高熵合金的动态压缩强度介于1000～1500MPa之间以及断裂应变介于10～35％之间，从而在满足爆轰加载和侵彻性能要求的同时实现了冲击加载下均匀破碎；另外，该高熵合金的制备工艺简单，适合工业化生产，在杀爆战斗部方面具有很好的应用前景。

技术研发人员：王本鹏,刘广林,薛云飞,郭寻
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12