[发明专利]一种高温高阻尼高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高温高阻尼高熵合金及其制备方法，是通过在难熔高熵合金基体中微合金化氧或氮元素并利用高熵合金基体高的热稳定性，从而实现该类高熵合金的高温阻尼性能。工艺如下：将金属原料Ta、Nb、Hf、Zr、Ti、Mo、V、W、Al等用机械方法去除氧化皮后按摩尔比称量，其它添加元素采用机械去皮、超声清洗或酸洗后按摩尔比称量，氧元素以氧化物的形式加入，氮元素以氮化物的形式加入；经非自耗真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉里熔炼，采用真空吸铸或浇铸设备获得合金。本发明利用高熵合金高的组织稳定性，通过小原子微合金化显著提高了合金的高温阻尼性能及力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料及其制备领域，尤其涉及一种高温高阻尼高熵合金及其制备方法。

背景技术

科技发展促进了机械设备功率及运转速度的大幅度提高，也不可避免的带来了机械振动及噪音污染。振动和噪音不仅大幅度降低设备的使用寿命，还会严重的影响生态环境，损害公众的身心健康。因此，近年来用于减振降噪，改善人机工作环境的高阻尼合金已受到越来越多的科研工作者的重视。

高阻尼合金的发展，依据其阻尼机制的不同，大致形成了三类传统的高阻尼合金：位错型高阻尼合金，如Mg-Zr系高阻尼合金；铁磁型高阻尼合金，如Fe-Cr系高阻尼合金；孪晶型高阻尼合金，如Mn-Cu系高阻尼合金。此三类高阻尼合金均已得到了商业化生产和应用。然而，这三类高阻尼合金的力学性能尚有待改善，且其服役稳定性不足，服役温度较低。三类高阻尼合金中的低维缺陷在持续振动载荷下易于发生扩散性的再分布，且在高维缺陷区域逐渐富集，从而产生钉扎，最终导致高维缺陷的弛豫强度逐渐下降直至消失，这大大恶化了合金的阻尼性能，缩短了其服役寿命。

近期，一种新的阻尼机制得以发展，即Snoek型高阻尼合金。这类高阻尼合金是利用间隙原子(如C,B,O,N,H)在应力诱发下产生的定向扩散效应。这类高阻尼合金大多为体心立方结构金属，如β-Ti合金、α-Fe等。该弛豫过程可重复发生而不破坏基体合金的体心立方结构。因而，这类高阻尼合金的阻尼性能可逆性好，其服役寿命也普遍认为大大高于传统的高阻尼合金。

虽然Snoek型高阻尼合金弥补了传统合金稳定性差的不足，但这类合金并没有改善其高温阻尼性能及力学性能。与传统的高阻尼合金类似，该类高阻尼合金仍然只适用于300-500℃的低温区域。当前，航空航天领域迅速发展，进一步发展兼具优异力学性能的高温高阻尼合金刻不容缓。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种利用高熵合金高的组织稳定性，在高熵合金基体中添加间隙原子，促使高熵基体中应力诱导下小原子的定向扩散效应，获得具有简单体心立方结构的间隙原子合金化的Snoek型高温高阻尼高熵合金。

本发明的技术方案是：一种高温高阻尼高熵合金，所述高熵合金材料成分的原子百分比表达式为Ta_aNb_bHf_cZr_dTi_eO_pN_q，其中0＜a≤35,0＜b≤35,0≤c≤35,0≤d≤35,0≤e≤35,0≤p≤5，0≤q≤5，且a+b+c+d+e+p+q＝100。

进一步，所述高熵合金材料成分的原子百分比表达式为Ta_aNb_bHf_cZr_dTi_eM_fO_pN_q，其中M为I、J、K或L中的一种或多种，I取自C、B、Al、Si、P、Ga、In、Sn、Pb、Ge、As、Sb或Te中的至少一种，J为Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Au、Ag、Pd、Pt、Cd或Ru中的至少一种，K为V、Cr、W、Mo、Y、Mg、Ca中的至少一种，L为稀土元素中的至少一种，0＜a≤35,0＜b≤35,0≤c≤35,0≤d≤35,0≤e≤35,0≤f≤35,0≤p≤5，0≤q≤5，且a+b+c+d+e+f+p+q＝100。