[发明专利]一种WNbTaMoV高熵合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种WNbTaMoV高熵合金及其制备方法，属于合金材料及其制备技术领域。

背景技术

多主元高熵合金是一种采用新的材料设计理念制备得到的材料，多主元高熵合金一般含有5种或5种以上元素，且每种元素含量在5％-35％，所有主要元素的原子百分比含量基本相当。多主元引起的高熵效应有效抑制了金属间化合物的出现，有效降低了多主元引起的合金的脆性，有利于形成简单的结晶相，且使得该合金显微结构倾向于纳米化，容易获得纳米结构材料。

高熵合金传统制备工艺一般采用加热熔炼或电化学沉积法制备，两类制备方法对所选组元有较高的选择性，设备昂贵且制备时间较长、能耗高。

本发明采用了一种全新的高熵合金制备路线，将铝热反应和超重力场分离技术相结合。合金熔制过程依靠反应自身放热完成，反应生成的低粘度高温金属/陶瓷混合熔体在超重力场中迅速分离，合金同步实现纯净化、致密化，整个反应过程远离平衡态，易获得非平衡组分及特殊显微结构。本工艺通过合理选择铝热反应组分及超重力场系数，实现了快速制备高致密的单一晶体结构的WNbTaMoV高熵合金。

利用合金元素氧化物、粉体与Al粉反应实现合金元素的还原，添加部分金属单质粉体或合金化粉体调控反应温度，由于主要的铝热反应属于高放热反应过程，在实现合金元素还原的同时利用反应放出的热量实现不同元素的合金熔化，同时由于生成的金属熔体与陶瓷熔体间的密度、表面张力差异及外加超重力场，可快速实现金属-陶瓷熔体分离和致密化。冷却后获得具有理想结构的高熵合金材料。

另外，本发明是基于燃烧合成技术中的铝热反应，利用合金元素氧化物、合金元素单质粉体与铝粉反应实现合金元素氧化物的还原。所述铝热反应属于高放热反应，在实现合金元素氧化物的还原过程中利用铝热反应放出的热量可实现不同元素的合金化，同时，由于生成的金属熔体和陶瓷熔体间的密度、表面张力差异及外加超重力场，可快速实现金属-陶瓷熔体分离和致密化。冷却后获得具有理想结构的高熵合金材料。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种WNbTaMoV高熵合金。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种WNbTaMoV高熵合金的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供一种WNbTaMoV高熵合金，所述WNbTaMoV高熵合金由W、Nb、Ta、Mo、和V元素组成。

所述WNbTaMoV高熵合金为单一的体心立方结构。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供一种WNbTaMoV高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：将W和/或其氧化物、Nb和/或其氧化物、Ta和/或其氧化物、Mo和/或其氧化物、V和/或其氧化物的干燥粉末和Al粉混合，且所述干燥粉末中至少包括一种含有W、Nb、Ta、Mo、V元素的氧化物，获得铝热剂；

S2：将所述铝热剂压制成粉末压坯，然后将所述粉末压坯装入石墨坩埚中，再将所述石墨坩埚置于超重力场中，发生铝热反应；反应完毕后产物分离为两层，剥离上层的氧化铝陶瓷得所述的WNbTaMoV高熵合金。

所述含有W、Nb、Ta、Mo、V元素的氧化物分别为WO₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、MoO₃和V₂O₅。

在一些实施方式中，制备所述WNbTaMoV高熵合金所用各原料粉体的原子摩尔比为W:Nb:Ta:Mo:V:Al＝2:2:2:2:2:14～20。

在一些优选的实施方式中，将W、Nb、Ta、Mo、V金属单质的干燥粉末中的一种或几种作为原料粉体时，各金属单质粉末添加比例不大于原料粉体总质量的20％。

在一些实施方式中，添加部分金属单质粉体或铝粉是为了调控反应温度。

所述的超重力场是通过高速离心旋转产生的，所述超重力场的加速度为1000～50000m/s²。适当提高加速度有利于提高产物的分离效果，但加速度过大容易使某些对离心力敏感的原料成分出现偏析。

步骤S2中，反应完毕后产物分离为两层，上层为氧化铝陶瓷，下层为WNbTaMoV高熵合金。

所述粉末压坯压制过程的压强为30～40MPa。压坯压制过程压强太小时，获得的压坯含有过多气孔，造成反应过程发生喷溅，所述WNbTaMoV高熵合金收率及致密度降低；压坯压制过程压强太大不便于操作。