[发明专利]一种高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金及其制备方法，所述高熵合金的组成元素按以下原子百分比构成：Ti 20‑35％、Zr 15‑20％、Nb 15‑20％、Mo 15‑20％、V 15‑20％。本发明通过改变Ti含量来调控难熔高熵合金的组织均匀性进而提高其强韧性。本发明的难熔高熵合金的相结构均是由单一BCC组成，屈服强度在1300MPa，塑性应变在20％以上，表现出优异的强度和塑性结合，克服了难熔高熵合金强塑性权衡问题。同时本发明制备该难熔高熵合金体系的方法简单可靠，安全性好。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术领域，具体涉及一种高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

自从高熵合金问世以来，一直受到研究者的广泛关注。该合金往往由五个甚至更多组元按照等原子比或近等原子比组合，这打破了传统合金以一个或两个组元为主的设计思路，形成具有高组态熵的合金。对于由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W等难熔合金元素构成的难熔高熵合金，因其具有室温超高强度、高温抗软化和耐腐蚀等优异的性能，是一种极具潜力的高温材料，有望被应用于航空航天、石油化工和燃气轮机等领域中。

难熔高熵合金大多为单相BCC固溶体或以BCC相为主的合金，这主要取决于合金元素的调整，进而影响着合金的力学性能。如NbMoTaW和NbMoTaWV难熔高熵合金都具有单相BCC结构，室温屈服强度分别达到1058MPa和1246MPa，但塑性很低。通过元素置换，得到HfNbTaTiZr合金，极大地改善了室温塑性(ε50％)，然而室温屈服强度却骤降到1000MPa以下。与传统合金一样，强塑性权衡问题依然存在于难熔高熵合金之中。组织决定着性能，即使难熔高熵合金具有单相固溶体结构，但是因其具有严重元素偏析的树枝晶组织可能成为裂纹形成源而恶化强度和塑性。因此，如何调整合金元素改善组织均匀性进而提高难熔高熵合金的强塑性成为了本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了提高难熔高熵合金强塑性的技术问题，而提供一种高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金及其制备方法。本发明的TiZrNbMoV难熔高熵合金具有较好的强度、硬度和塑性。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金，所述难熔高熵合金按原子百分量由如下元素组成：Ti 20-35％、Zr 15-20％、Nb 15-20％、Mo 15-20％、V 15-20％。

进一步的，所述难熔高熵合金按原子百分量由如下元素组成：Ti 20％、Zr 20％、Nb 20％、Mo 20％、V 20％。

进一步的，所述难熔高熵合金按原子百分量由如下元素组成：Ti 26-28％、Zr 17-19％、Nb 17-19％、Mo 17-19％、V 17-19％。

进一步的，所述难熔高熵合金按原子百分量由如下元素组成：Ti 30-35％、Zr 15-17％、Nb 15-17％、Mo 15-17％、V 15-17％。

上述高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)去除金属单质Ti、Zr、Nb、Mo和V表面氧化物和杂质，然后按配比称重后进行超声清洗，取出烘干，备用；

(2)另外准备一块钛锭，将所述钛锭及所述金属单质分别置于非自耗真空电弧熔炼炉中，于高纯氩气的保护下先对所述钛锭进行熔炼以降低高熵合金在后续熔炼时的氧化行为；

在低真空度的条件下对所述金属单质进行电弧熔炼，所述电弧熔炼的过程中辅以电磁搅拌，所述电弧熔炼完成后冷却得到纽扣样品；

重复所述电弧熔炼的过程至少3次，每次熔炼完成后翻转再进行下一次熔炼；