[发明专利]一种高强度高硬度的W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高硬度的W‑Ta‑V‑Zr系难熔高熵合金及其制备方法，其组成元素为W、Ta、V、Zr，成分为W_x(TaVZr)_100‑x，其中x＝5～25，x为W的原子百分数。本发明的难熔高熵合金具有高强度以及高硬度。

技术领域

本发明属于金属材料及其制备技术领域，具体涉及一种高强度高硬度的W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金的概念由学者叶均蔚最先提出，定义为至少含有五种及五种以上元素组成且每种元素的百分占比为5％-35％。高熵合金的概念一经提出，便凭借其独特的综合性能引起了国内外众多学者的广泛关注。值得一提的是，由于拥有远超于传统合金的混合熵，一些四元合金也被称之为高熵合金。近年来，越来越多的高熵合金已经被发现、被研究，并且在高熵合金的基础上，若高熵合金的组成元素中有W、Ta、Mo、Nb、Zr、Ti、V、Cr、Hf九种难熔元素中的四种及以上，便可称之为难熔高熵合金。难熔元素的引入也使得高熵合金的潜在应用领域进一步增大，如航空、航天、运输、核能等。

目前针对难熔高熵合金的研究大多表明其有作为结构材料的应用潜力，很少有作为工具材料的应用潜力，如刀具等。因此开发出高强度高硬度的可作为工具材料的难熔高熵合金便显得至关重要。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种高强度高硬度的W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金及其制备方法，旨在通过调整各元素的比例，使所得高熵合金同时具备较高强度和较高硬度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度高硬度的W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金，其特点在于：所述高熵合金的组成元素为W、Ta、V、Zr，成分为W_x(TaVZr)_100-x，其中x＝5～25，x为W的原子百分数。

本发明所述W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、取W、Ta、V和Zr块状金属原料，使用锉刀和砂纸打磨金属表面以去除其表面氧化层和附着的杂质，将打磨后的金属原料放在乙醇中进行超声清洗并进行烘干；

按配比称取各原料；

步骤2、将配制好的各原料按熔点从低到高依次放入真空非自耗电弧熔炼设备的坩埚中；

将设备抽真空至8×10^-4Pa以下，并充入氩气作为保护气且使熔炼室压强达到-0.05MPa；

步骤3、调整熔炼电流为180A-190A并进行引弧操作，对钛锭进行熔炼以吸收残余的氧气，然后调整熔炼电流为210A-270A，分别对坩埚中的合金进行10次熔炼，每次熔炼结束后使用翻料勺对合金进行翻面操作且单次熔炼时合金处于液态时间应不低于5分钟，以确保制备出均匀的合金；待熔炼结束后即获得W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金。

优选的，步骤1中，W、Ta、V、Zr块状金属原料的纯度均不低于99.99％。

优选的，步骤1中，称重时精确至±0.001g。

优选的，步骤3中，所述引弧电流为20-25A。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过W、Ta、V、Zr四种难熔金属元素构成W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金，具有高强度和高硬度。

2、本发明的难熔高熵合金中全部使用了难熔元素，其中钨和钽的熔点较高、钒和锆的密度较低，使得合金熔点在提高的同时也降低了其密度，使其拥有良好的应用前景。

3、本发明的难熔高熵合金所使用的金属元素均为低活化性元素，使其在核能领域有着巨大的应用潜力。

附图说明