一种具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金及其制备方法

本发明涉及高熵合金的，特别涉及nbtita基高熵合金的。

背景技术：

1、由ti、v、cr、zr、nb、mo、hf、ta、w等难熔金属元素组成的难熔高熵合金具有熔点高及固溶强化等特点，可表现出良好的室温和高温强度，有望成为新一代的高温合金。但现有技术中的难熔高熵合金如nbtita高熵合金，虽然可通过主成分调控克服材料密度过高的问题，使材料具有更好的延展性和韧性，但在实际应用中，其塑性与室温强度仍然不佳，限制了难熔高熵合金的进一步发展。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的难熔高熵合金及其制备方法，该难熔高熵合金在原料中进行了加氧处理，具有低密度及优良的塑性变形能力和室温强度。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金，其由钛、锆、铌、钒、钼、钽、硅、铬和氧元素组成，且其中，铌的原子百分比为40～45％，钛的原子百分比为30～35％，钽的原子百分比为5～10％，铬的原子百分比为8～12％，锆的原子百分比为1～2％，钒的原子百分比为1.5～2％，钼的原子百分比为1～2％,,硅的原子百分比为05～1％,氧的原子百分比为0.1～0.5％。

4、根据本发明的一些优选实施方式，所述具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金为((nb50ti40ta10)84.25cr10v2mo2zr1si0.5)99.5o0.25或((nb50ti40ta10)84cr10v2mo2zr1si0.5)99.5o0.5。

5、根据本发明的一些优选实施方式，所述具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金由以下原料组分制备得到：钛、锆、铌、钒、钼、钽、硅、铬和二氧化钛。

6、本发明进一步提供了以上所述具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金的制备方法，其包括：

7、(1)将原料组分钛、锆、铌、钒、钼、钽、硅、铬和二氧化钛中的金属成分进行氧化皮去除，其后共同进行超声清洗；

8、(2)按原子配比称取超声清洗后的原料组分，并将其按照钛、钒、铬、硅二氧化钛、锆、铌、钼、钽的顺序依次加入真空电弧熔炼炉内带磁搅拌线圈的坩埚中，另将纯钛锭加入真空电弧熔炼炉内不带磁搅拌线圈的坩埚中；

9、(3)在封闭状态下，将真空电弧熔炼炉抽至真空状态，之后通入高纯惰性气体，在高纯惰性气体的保护下进行引弧，将所述纯钛锭进行2.5min熔炼，其后对各原料组分进行熔炼，得到合金溶液，使所得合金溶液维持液态的时间不少于2.5min，其后冷却，得到母合金锭；

10、(4)将所得母合金锭进行翻转，采用与步骤(3)相同的过程进行多次熔炼，其后冷却，得到铸态高熵合金；

11、(5)将所述铸态高熵合金使用钽片进行包裹，其后放入石英管中并进行氩气封存，将封存后的石英管进行1300℃的均匀化热处理50小时，其后水淬，得到热处理后高熵合金；

12、(6)将所述热处理后高熵合金放入不锈钢包套中，于1000℃进行热轧，热轧量为80％～85％，其后空冷，所述具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金。

13、根据本发明的一些优选实施方式，对所述原料组分进行的所述熔炼采用的电流为330～350a，电压为10～20v。

14、根据本发明的一些优选实施方式，对所述原料组分进行的所述熔炼共10次，其中，第3次到第9次熔炼过程中，同时进行搅拌。

15、根据本发明的一些优选实施方式，对所述原料组分进行的所述熔炼每次熔炼时间为3～5min。

16、根据本发明的一些优选实施方式，所述真空电弧熔炼炉为非自耗真空电弧熔炼炉。

17、根据本发明的一些优选实施方式，所述真空状态为真空度为不大于2.5×10-3pa。

18、根据本发明的一些优选实施方式，所述惰性气体为氩气，真空电弧熔炼炉中高纯氩气的压强为0.06mpa。

19、本发明制得的难熔高熵合金材料中，氧原子可作为间隙原子固溶到高熵合金成分中，由于其原子半径远小于难熔元素，因此可产生明显地固溶强化效果，大幅度提升所得高熵合金的室温塑性性能，在进一步调控氧含量后，能够保持所得难熔高熵合金同时具有优良的塑性与韧性，变形能力优异。

20、本发明具备以下有益效果：

21、(1)本发明可通过ti、nb、ta、zr、v、mo、cr、si、tio2在真空电弧熔炼炉中的熔炼制备得到nbtitazrvmocrsio系难熔高熵合金；在制备过程中进行的均匀化热处理、热处理淬火和轧制可使所得难熔高熵合金晶粒细小，并产生弥散分布的析出物，其析出相为共晶硅化物相。

22、(2)本发明的制备方法实现了固溶强化、析出强化、细晶强化、加工硬化等强化效果，使所得具有变形能力的难熔高熵合金具有优良的拉伸强度与塑性，并保留了较高的断裂延伸率性能，实现了较好的强塑性匹配。

23、(3)在一些具体实施例中，本发明所得强塑形的难熔高熵合金材料的室温屈服强度可以达到1100mpa以上，抗拉强度可达到1150mpa以上，具有大于10％的断裂延伸率，具有良好的室温强塑性匹配。

技术特征：

1.一种具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金，其特征在于，其由钛、锆、铌、钒、钼、钽、硅、铬和氧元素组成，且其中，铌的原子百分比为40～45％，钛的原子百分比为30～35％，钽的原子百分比为5～10％，铬的原子百分比为8～12％，锆的原子百分比为1～2％，钒的原子百分比为1.5～2％，钼的原子百分比为1～2％,,硅的原子百分比为05～1％,氧的原子百分比为0.1～0.5％。

2.根据权利要求1所述的具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金，其特征在于，其为((nb50ti40ta10)84.25cr10v2mo2zr1si0.5)99.5o0.25或

3.根据权利要求1所述的具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金，其特征在于，其由以下原料组分制备得到：钛、锆、铌、钒、钼、钽、硅、铬和二氧化钛。

4.权利要求1-3中任一项所述的具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，其包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对所述原料组分进行的所述熔炼采用的电流为330～350a，电压为10～20v。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对所述原料组分进行的所述熔炼共10次，其中，第3次到第9次熔炼过程中，同时进行搅拌。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对所述原料组分进行的所述熔炼每次熔炼时间为3～5min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空电弧熔炼炉为非自耗真空电弧熔炼炉。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空状态为真空度为不大于2.5×10-3pa。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高纯氩气的压强为0.06mpa。

技术总结
本发明公开了一种具有强塑性的加氧变形难熔高熵合金及其制备方法，该难熔高熵合金中，铌的原子百分比为40～45％，钛的原子百分比为30～35％，钽的原子百分比为5～10％，铬的原子百分比为8～12％，锆的原子百分比为1～2％，钒的原子百分比为1.5～2％，钼的原子百分比为1～2％，硅的原子百分比为05～1％,氧的原子百分比为0.1～0.5％，可通过钛、锆、铌、钒、钼、钽、硅、铬和二氧化钛混合熔炼得到。本发明所得难熔高熵合金具有优良的拉伸强度、塑性及断裂延伸率，具有良好的变形能力，实现了较好的室温下强塑性匹配。

技术研发人员：马兆龙,吴晨恺,李海洋,杨素媛,程兴旺
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：2024/2/29