[发明专利]一种难熔Al-Cr-Ti-V-Nb轻质高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种难熔Al‑Cr‑Ti‑V‑Nb轻质高熵合金及其制备方法，属于金属材料和制备的领域。所述的难熔轻质高熵合金主要是由Al、Cr、Ti、V、Nb元素组成，各组分按原子百分比构成为：Al 22～25％，Cr 22～25％，Ti 22～25％，V 22～25％，Nb 0～12％。采用真空电弧熔炼并直接浇铸得到合金铸锭。合金的成分均匀，无偏析和析出相的产生，所述合金均表现为单一的BCC相的结构，并表现出了较高的硬度，硬度均在540HV以上，密度大约为5.24g/cm³～5.52g/cm³，相比较于传统的难熔高熵合金来说其具有更低的密度。通过对合金进行了均匀化退火，退火之后合金表现出了难熔高熵合金典型的调幅分解的组织。硬度也有所提高，最高可达631HV。所述制备方法无污染，并且具有较低的能耗和成本。

技术领域

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种难熔Al-Cr-Ti-V-Nb轻质高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是2004年由叶均蔚教授等提出的一种新型合金。即由五种或五种以上元素组成，每种元素的原子百分比在5％～35％之间的合金。这种新的合金理念打破合金性能提升的瓶颈。并表现出了优异的综合性能，如高强度、高硬度、良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能等。可以应用于高速切削刀具、涡轮叶片、耐磨涂层等方面。

但是目前传统高温合金如Ni基合金等其使用温度已经到达了一个瓶颈，因此人们在高熵合金的启发下。进一步对难熔高熵合金进行了研究，然而目前制备出的难熔高熵合金的密度都普遍较大。无法进一步满足一些需要轻质材料的航空航天、能源交通领域。因此人们开始对难熔高熵合金进行轻量化设计，便就出现了低密度难熔高熵合金。在拥有较好高温性能同时也具备较低的密度，以更好满足高温材料的要求。有望应用于航空航天等领域。

发明内容

为进一步降低难熔高熵合金的密度，提高比强度和比硬度，本发明提供了一种难熔Al-Cr-Ti-V-Nb轻质高熵合金及其制备方法。所述Al-Cr-Ti-V-Nb轻质高熵合金表现出了更高的硬度和比硬度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种难熔的Al-Cr-Ti-V-Nb轻质高熵合金的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：按原子百分比将组分中Al、Cr、Ti、V、Nb进行配料，Al 22％～25％、Cr 22％～25％、Ti 22％～25％、V 22％～25％、Nb 0～12％；各成分配比误差在±0.3％范围内；

步骤2：将配好的原料按照熔点高低依次放入氧化铝坩埚之中，熔点最低的放在底层，熔点最高的放在上层；

步骤3：将钛锭放入非自耗真空电弧熔炼炉中，在氩气气氛保护下先熔化钛锭，以除去炉膛内的氧气；之后再将步骤2中的坩埚及原料放入非自耗真空电弧熔炼炉中，抽真空，在氩气气氛下进行熔炼，熔炼过程中需开启电磁搅拌，熔炼完成后得到纽扣状合金铸锭；

步骤4：步骤3获得的合金铸锭按照步骤3所述的方式进行多次反复的熔炼，冷却之后得到高硬度Al-Cr-Ti-V-Nb轻质高熵合金。

进一步地，组分Al、Cr、Ti、V、Nb的原子百分比为：Al 24％～25％、Cr 24％～25％、Ti 24％～25％、V 24％～25％、Nb 2％～5％。

进一步地，配料前需清除原料表面的氧化皮及清洗，原料的纯度≥99.9wt％。

进一步地，步骤3中熔炼时抽真空至5×10^-3Pa，然后充入氩气的纯度为99.99％，压强为0.06MPa，熔炼电流约为300～400A。

进一步地，步骤4中需至少反复熔炼5次以上。