[发明专利]一种单相WNbMoTaZr系难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单相WNbMoTaZr系难熔高熵合金及其制备方法，其元素组成包括W、Nb、Mo、Ta和Zr，其中W、Nb、Mo、Ta和Zr的摩尔比为1:1:1:1:0.1～0.5。本发明的合金具有更高的强度、塑性和硬度，且具有良好的热稳定性，在高温环境中具有巨大的应用潜能。

技术领域

本发明属于金属材料及其制备技术领域，具体涉及一种单相WNbMoTaZr系难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是一种新型金属材料，由我国学者叶均蔚第一次提出。与传统合金的设计理念不同，高熵合金由多种主要元素组成，每种元素的摩尔比在5％～35％之间，因为其与众不同的合金成分与设计方式，可以形成成分不同的很多种合金，具有巨大的应用潜能。因为多种不同元素的成分使得高熵合金拥有很高的混合熵，因此该合金倾向于形成固溶体结构而不易形成金属间化合物。由于合金由多种主要金属元素组成，高熵合金也被称为多主元合金。高熵合金具有高强度、高硬度、强耐腐蚀性和抗辐照能力等。目前，高熵合金已经在航空航天和交通运输等领域开始应用。

难熔高熵合金由于其各组成元素熔点高，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。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。因此在此基础上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，本发明提供一种单相WNbMoTaZr系难熔高熵合金及其制备方法，旨在使所得合金相比于WNbMoTa高熵合金，硬度、强度、塑性都有所提高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单相WNbMoTaZr系难熔高熵合金，其元素组成为W、Nb、Mo、Ta和Zr，其中W、Nb、Mo、Ta和Zr的摩尔比为1:1:1:1:0.1～0.5。

本发明所述WNbMoTaZr系难熔高熵合金的制备方法，是按如下步骤进行：

步骤1、金属原材料预处理

利用锉刀和砂纸去除高纯W、Nb、Mo、Ta和Zr块状原料表面的氧化层，然后将打磨好的原料在酒精中超声清洗，最后将原料取出并风干或吹干；

步骤2、称量

根据所需合金的总质量，并按照各元素的配比，称取各原料；

步骤3、熔炼

步骤31、按照合金中各元素的熔点高低，由低到高依次将各元素的金属原料放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩锅中，在另一个坩埚中放入高纯度钛锭，关闭炉腔；

步骤32、先打开机械泵抽真空至5Pa以下，再打开分子泵抽真空至8×10^-4Pa以下；然后充入高纯氩气至炉腔压力为0.95Mpa；

步骤33、引弧后先熔炼钛锭1-2分钟，充分吸除腔内剩余氧气，然后将电弧移至原料处，熔炼合金直至所有原料融合在一起并维持5-10分钟；

步骤34、利用机械手将合金锭翻转，重复步骤33；如此反复熔炼使合金锭成分均匀，即获得WNbMoTaZr系难熔高熵合金。

优选的，步骤1中，W、Nb、Mo、Ta和Zr块状原料的纯度均不低于99.95％。

优选的，步骤2中，称重时精确至±0.001g。

优选的，步骤31中，所述真空电弧熔炼炉为WK系列真空电弧熔炼炉。

优选的，步骤32中，所述高纯氩气的纯度高不低于99.9％。

优选的，步骤33中，引弧电流为20～30A，熔炼电流为250～300A。