[发明专利]一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺

说明书

本发明属于高熵合金杆材制备技术领域，具体涉及一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti22‑25at.％，Sc22‑25at.％，Zr22‑25at.％，Nb0‑17at.％，V17‑25at.％；在TiZrV合金基础上，依次加入钪和铌元素，通过调节金属元素配比，提高了铸态合金的力学性能，并通过热挤压和退火处理，调节合金组织结构，进而调控合金材料的性能，使其满足不同使用环境的要求，扩宽了轻质高温高熵合金的应用范围，并且工艺简单，适合大规模工业化应用。

技术领域

本发明属于高熵合金杆材制备技术领域，具体涉及一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺。

背景技术

高熵合金作为一种新的合金设计理念，分别由我国台湾学者叶均蔚和英国学者Cantor于2004年独立提出，为设计具有显著性能的金属合金提供了新的范例。由于独特的元素组成以及其具有的高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和“鸡尾酒”效应，它们具有许多优异的机械性能和功能性能，如高硬度、高强度、优异的抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性、耐辐照性、软磁性能、热电性能和催化性能等，能够满足许多极具挑战性的应用。其中，含Ti的轻质高温高熵合金具有优异的比强度、优异的强塑协调性、高温稳定性、比硬度以及耐腐蚀性等优势，从而受到科研工作者的广泛研究，在航空航天、船舶、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。

然而，目前轻质高熵合金的发展存在诸多因素，限制了其大规模工业化应用，其中轻质高熵合金材料的力学性能还有待提高，由于其力学性能调控规律不清楚，使得合金力学性能的提高没有规律可寻，缺少系统性指导方法，不能灵活地适应不同应用环境的需求；另外，传统制备出的轻质高熵合金多为铸锭，铸锭尺寸和组织不均匀，并且将其进行加工应用的工艺还不成熟；因此本发明提出了一种新的轻质高温高熵合金体系，首先具有优异力学性能，其次通过将其加工成杆材的过程，一方面实现了对合金材料力学性能的规律性调整，另一方面加工成的杆材产品，促进了该合金的大规模工业应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻质高温高熵合金及其杆材制备工艺，提出了一种新的轻质高温高熵合金，在TiZrV合金基础上，依次加入钪和铌元素，通过调节金属元素配比，提高了铸态合金的力学性能，由于铸锭尺寸和组织的不均匀性，严重限制了其大规模的工业应用，本发明通过热挤压和退火处理，调节合金组织结构，进而调控合金材料的性能，使其满足不同使用环境的要求，扩宽了轻质高温高熵合金的应用范围，并且工艺简单，适合大规模工业化应用。

本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

一种轻质高温高熵合金，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti 22-25at.％，Sc22-25at.％，Zr 22-25at.％，Nb 0-17at.％，V 17-25at.％。

优选的，合金由以下原子百分比的原料组成：Ti 22at.％，Sc 22at.％，Zr22at.％，Nb 17at.％，V 17at.％；所述合金在铸态下形成BCC和HCP固溶体结构，经过热挤压后变为FCC、BCC和HCP固溶体结构，之后再进行退火处理。在退火处理以后，微观结构发生了明显的变化，这是退火可以在预先存在的过饱和或准过饱和结构中诱发共析反应和固相分离，导致微观结构倾向于生长成胞状晶体，并且热挤压产生的条状析出相也逐渐消失，因此，会形成富BCC、富HCP和富FCC结构。

上述轻质高温高熵合金的杆材制备工艺，包括以下步骤：

分别称取以下原子百分比的原料：Ti 22-25at.％，Sc 22-25at.％，Zr 22-25at.％，Nb 0-17at.％，V 17-25at.％；将称取的纯度均≥99.99％的块状的Sc、Ti、V、Zr、Nb熔炼成合金锭；将合金锭经过真空感应熔炼法铸造成合金棒材，所述合金棒材再通过热固结压力机挤压成合金杆材。

优选的，挤压工艺具体是：