[发明专利]一种体心立方高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种体心立方高熵合金及其制备方法。所述合金化学式为(Zr_0.5Ti_0.35Nb_0.15)_(100‑x)Al_x，其中，10≤x＜100，为具有高强度、高韧性、低密度、高抗氧化能力的体心立方结构的多主元锆系高熵合金。

技术领域

本发明涉及高熵合金的技术领域。

背景技术

高熵合金是一种新型的多主元合金，不同于传统合金是由单一的主要元素构成，而是由4种以上的主要元素构成。高熵合金具有较高的混合熵，往往倾向于形成简单固溶体相。这种新颖独特的合金设计理念赋予高熵合金许多不同于传统合金的优越性能。基于这种“高熵多主元”的理念，开发具有优异的力学性能、高温性能的新型多基元的合金。相较于传统合金，其性能的获取往往主要依赖于单一的主要元素，添加集中微量的元素以调节其辅助性能。如传统的锆合金中，通常含有少量的合金化元素，微量添加Sn，Fe，Cu等元素来改善耐蚀性能及力学性能，但其性能的获取主要依赖于单一的锆元素。

锆合金因其优异的综合力学性能，耐蚀性能及良好的加工性能，是航空航天技术、核工业、医药领域最具发展潜力的工程材料之一。但锆合金的结构零件在使用过程中存在强度低，耐磨性差等缺陷。传统的锆合金通常含有少量的合金化元素，微量添加Sn，Fe，Cu等元素来改善耐蚀性能及力学性能，但其性能的获取主要依赖于单一的锆元素。

在大多数研究过的高熵合金中，体心立方(BCC)结构的高熵合金为主的合金具有相对较高的固有屈服强度(屈服强度)。尽管屈服强度高，但BCC-HEA的拉伸延性似乎是相对常规的。拉伸脆性和短期的应变硬化能力是他们的致命弱点。一些具有超高强度的BCC-HEA无法拉伸，而其他一些会发生塑性变形的材料通常具有较弱的应变硬化能力，这会使材料屈服后变得不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的具有高强、高韧、低密度、抗氧化性能的体心立方结构的多主元高熵合金。本发明的目的还在于提出该合金的制备方法。

本发明首选提供了如下的技术方案：

一种体心立方高熵合金，其化学式为(Zr_0.5Ti_0.35Nb_0.15)_(100-x)Al_x，其中，10≤x＜100。

根据本发明的一些优选实施方式，所述高熵合金的化学式为Zr₄₅Ti_31.5Nb_13.5Al₁₀，Zr₄₀Ti₂₈Nb₁₂Al₂₀，或Zr₃₅Ti_24.5Nb₁₀Al₃₀。

发明人意外地发现，上述合金均具有体心立方结构，且根据上述优选实施方式获得的合金密度均低于6g/cm³，其中部分高熵合金具有以下理论密度：