[发明专利]一种氧强化的TiZrNbHfO高熵合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，提供了一种成分为TiZrNbHfO的高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是指合金中包含四种或者四种以上主要元素、每种元素都占较大原子分数但不超过35%。因为没有一种合金元素的原子分数超过50%，就可以充分发挥多组元高混乱度效应。在成分设计时，每种组元不一定要等原子比，这样就可以进一步增大高熵合金设计的自由度，多元合金中各种元素可以类型相同，也可以类型不同，还可以添加微量元素来优化合金的组织与性能。

高熵合金完全不同于传统金属材料，它所带来的不仅是全新的合金设计理念，而且产生出了超乎异常的许多新现象。 这些新现象主要包括：（1）形成了单一固溶体组织。研究结果表明，许多高熵合金凝固后并没有形成数目众多的金属间化合物，而是形成了以简单的BCC /FCC 固溶体为主的组织结构，所生成的相数远远小于吉布斯相律预测值。高熵合金的这种特殊的结构克服了金属间化合物和非晶合金所固有的脆性，也赋予了其优良的综合性能。已有的研究报告发现，高熵合金具有一些传统合金无法比拟的优异的性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、高热阻、高电阻率等。使之在耐热和耐磨涂层，模具内衬，磁性，硬质合金和高温合金等方面均有潜在或现实的用途。 (2) 高熵合金的另一个特点是具有缓慢扩散效应，可以有效的做扩散阻挡层。这在聚变堆中可以有效地避免燃料驻留而导致脆化。高熵合金可以弥补当前非晶合金的室温低塑性和无法高温使用的缺点。除此之外，高熵合金在集成电路的硅铜扩散阻挡层和四模式激光陀螺仪等方面的应用也在研究之中。

目前已报道的典型高熵合金成分有：以CoCrFeNiCu和FeCoCrNiMn为代表的面心立方固溶体结构的高熵合金；以CoCrFeNiAl、AlTiCrFeCoNi和AlCrCuFeMnNi为代表的体心立方固溶体结构的高熵合金；高熔点的NbMoTaW和VNbMoTaW高熵合金；具有无序结构的高熵非晶合金Zn₂₀Ca₂₀Sr₂₀Yb₂₀(Li_0.55Mg_0.45)₂₀、PdPtCuNiP和TiZrCuNiBe高熵非晶合金等。其中，研究最为广泛的FeCoCrNiMn高熵合金具有高达60%的拉伸塑性，但是强度仅有200 ~ 500MPa，而其他体心立方结构的高熵合金和高熔点高熵合金并没有拉伸性能的报道。在传统高熵合金领域，用来微量添加以强化合金性能的元素往往是C、B、Al和Sn等，本发明创新地使用O元素来强化TiZrNbHf高熵合金体系的拉伸性能，效果显著。

 

发明内容

本发明的目的在于开发出具有高强度高塑性低加工硬化率的Ti_aZr_bNb_cHf_dO_e高熵合金，该高熵合金具有简单的体心立方结构，随着O元素的添加，合金的拉伸强度超过1100MPa，延伸率超过20%，加工硬化率接近于0。

本发明的高熵合金体系为Ti_aZr_bNb_cHf_dO_e，除氧之外，所采用的组元元素均具有高熔点，且在高温下均为体心立方结构。利用本发明的制备工艺可以获得具有简单体心立方结构的高熵合金棒材和板材。该高熵合金的成分为Ti_aZr_bNb_cHf_dO_e，其中a、b、c、d和e为摩尔比，20≤a≤35，20≤b≤35，20≤c≤35，20≤d≤35， 0.01≤e≤2.0。

本发明所采用的技术方案是：一种氧强化的TiZrNbHfO高熵合金，所述述高熵合金材料成分的原子百分比表达式为Ti_aZr_bNb_cHf_dO_e，其中，20￡a￡35， 20￡b￡35， 20￡c￡35， 20￡d￡35， 0.01￡e￡2.0。

进一步，所述高熵合金材料成分的原子百分比表达式为Ti_aZr_bNb_cHf_dO_e， a=b=c=d=24.875，e=0.5。