[发明专利]一种NbMoTaWCu高熵合金及其制备方法

说明书

一种NbMoTaWCu高熵合金及其制备方法，属于高熵合金和粉末冶金技术领域。将雾化法制备的NbMoTaW高熵合金粉末与不同质量的微米级Cu粉利用高能球磨机进行机械合金化，转速≥470r/min，球磨6～12h后得到NbMoTaWCu_x(x＝0.2～1)高熵合金粉末；将得到的NbMoTaWCu_x高熵合金粉末利用快速热压烧结在压力30～50MPa，温度1100～1400℃下保温5min后随炉冷却，脱模后制备得到NbMoTaWCu_x块体高熵合金。本发明高熵合金密度有所降低而硬度提高，使合金在轻质化的同时得到强化；为两种衬度的BCC相，同时碳化物在基体上弥散分布。

技术领域

本发明涉及一种利用机械合金化及快速热压烧结制备NbMoTaWCu_x(x＝0.2～1)高熵合金的方法，属于高熵合金和粉末冶金技术领域。

背景技术

高熵合金在2005年由叶均蔚教授提出，其由等摩尔或近等摩尔比例的多种主元组成，每种元素的原子占比约在5％～35％之间，最终形成简单的固溶体相。由于具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的鸡尾酒效应，多主元高熵合金具有较高的强度、良好的耐磨性、高加工硬化、耐高温软化以及耐高温氧化等优异性能，这是传统单主元合金所无法比拟的。目前研究的高熵合金可大致分为两类，一类是以Al及第四周期元素Fe、Co、Ni等为主的合金体系，另一类是以难熔金属元素Mo、Ti、V、Nb、Hf、Ta、Cr、W等为主的难熔高熵合金体系。难熔高熵合金主要由高熔点元素组成，这类合金具有更加优异的强度、耐腐蚀性能、耐磨性能及高温抗氧化性能，在高温应用方面具有良好前景。比如最早利用电弧熔炼制备出来的NbMoTaW合金，其室温时屈服强度为1058MPa，随着温度升高强度下降，但在1200℃时屈服强度仍能达到506MPa，因此具有良好的高温服役性能。

固溶强化是高熵合金具有高强度的重要因素，因此可以通过在高熵合金中固溶其它元素来增强固溶强化效果，从而达到强化合金的目的。有相关研究通过粉末冶金的方法制备了NbMoTaW和NbMoTaWV高熵合金，二者的硬度分别为714HV和774HV；而添加V和Ti后利用电弧熔炼方法制备的NbMoTaWVTi高熵合金硬度可达786HV。因此，在难熔高熵合金中固溶适量的其它元素对难熔高熵合金的性能提升有重要作用。而溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用越显著，目前的研究对NbMoTaW进行强化的元素主要集中于第三到第七副族。而相比第三到第七副族的元素，第一和第二副族的元素与Nb、Mo、Ta、W四种元素之间的原子尺寸差更大，强烈的原子尺寸差异导致其构成的二元体系表现出不互溶性质，因此第一和第二副族元素有望对NbMoTaW合金的力学性能产生较为明显的效果，但相关研究尚未见报道。

发明内容

本发明即是针对进一步提高NbMoTaW系高熵合金的力学性能，开发出一种新型的NbMoTaWCu_x(x＝0.2～1)高熵合金，并提出了一种可行的制备方法，以获得具有更加良好的力学性能，扩展其应用领域。

本发明提供的制备NbMoTaWCu_x(x＝0.2～1)高熵合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将雾化法制备的NbMoTaW高熵合金粉末与不同质量的微米级Cu粉利用高能球磨机(如采用GN-2型高能球磨机)进行机械合金化，转速≥470r/min，球磨6～12h后得到NbMoTaWCu_x(x＝0.2～1)高熵合金粉末；

(2)将步骤(1)得到的NbMoTaWCu_x(x＝0.2～1)高熵合金粉末利用快速热压烧结在压力30～50MPa，温度1100～1400℃下保温5min后随炉冷却，脱模后制备得到NbMoTaWCu_x(x＝0.2～1)块体高熵合金。

上述步骤(1)中，球磨时间和转速可根据Cu的不同含量进行调整，以使合金化充分进行。