[发明专利]一种力学性能优良的Ti-V-Cr-W系难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种力学性能优良的Ti‑V‑Cr‑W系难熔高熵合金及其制备方法，是由Ti、V、Cr和W四种主元构成，成分为(TiVCr)_xW_y，其中x+y＝100、y＝3～25，x、y为原子百分数。本发明的高熵合金具有高强度、高硬度以及良好的塑性。

技术领域

本发明属于金属材料及其制备技术领域，具体涉及一种力学性能优良的Ti-V-Cr-W系难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

近年来，打破传统合金以两个元素作为合金基体的局限，添加其它微量元素以至少四种金属元素作为合金主元的设计理念被提出，因为该合金具有较大的混合熵，因此被称为高熵合金，其每一种元素所占合金的比例为5％-35％。由于具有高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应，所以高熵合金具备比传统合金更优异的性能，如高强度、高塑性、强耐摩擦性和强耐腐蚀性等。目前主要是根据一些经验参数，比如合金的混合焓、混合熵、原子半径方差以及价电子浓度等，通过调整合金主元的比例使这些参数值在利于形成固溶体的范围内来设计高熵合金。

随着航空航天技术的不断发展，急需提出一种耐高温合金作为航空航天的应用材料，而高熵合金可以包含多个高温难熔金属，其高温下也具有较好的力学性能，因此具有成为高温结构材料的潜力。已被报道的WNbMoTa高熵合金为典型的难熔高熵合金，拥有较好的室温和高温强度，但其在室温下塑性很差，严重影响其作为工程结构材料的应用。因此开发同时具有较高强度和较好塑性的难熔高熵合金具有重要意义。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种力学性能优良的Ti-V-Cr-W系难熔高熵合金及其制备方法，旨在通过调整各元素的比例，使所得高熵合金同时具备较高强度和较好塑性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种力学性能优良的Ti-V-Cr-W系难熔高熵合金，其特点在于：所述高熵合金由Ti、V、Cr和W四种主元构成，成分为(TiVCr)_xW_y，其中x+y＝100、y＝3～25，x、y为原子百分数。

本发明所述力学性能优良的Ti-V-Cr-W系难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、取Ti、V、Cr和W原料，通过机械打磨的方法去除表面氧化皮，然后在酒精中超声清洗；将清洗后的各原料烘干，按配比称重；

步骤2、将配制好的金属原料放入真空非自耗电弧熔炼设备的坩埚中，对设备抽真空，然后充入氩气作为保护气；

步骤3、炉内引弧，先熔炼钛锭将炉内残余的氧气耗尽，然后降低电流至引弧电流，将电弧移动至原料处，再调节电流至熔炼电流，对合金进行多次熔炼，确保合金熔炼均匀，即获得Ti-V-Cr-W系难熔高熵合金锭。

优选的，步骤1中，Ti、V、Cr和W各原料的纯度不低于99.99％。

优选的，步骤1中，称重时精确至±0.001g。

优选的，步骤2中，所述抽真空是抽至真空度达到8×10^-4Pa以下，充入氩气至炉内气压达到0.95MPa。

优选的，步骤3中，所述引弧电流为15-25A。

优选的，步骤3中，熔炼钛锭的电流为180-200A，熔炼合金的电流为250-280A、每次熔炼时长为3-8分钟。

本发明的有益效果如下：

1、本发明由Ti、V、Cr和W四种主元构成Ti-V-Cr-W系高熵合金，具有高强度、高硬度以及良好的塑性。

2、DSC数据表明，本发明的高熵合金在1400℃以下没有明显相变发生，具有良好的热稳定性。