[发明专利]一种兼具高强度和高塑性的轻质高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种兼具高强度和高塑性的轻质高熵合金及其制备方法，属于金属材料及其制备领域。所述高熵合金主要由Ti、Zr、V、Nb以及M组成，M为Al、Hf、Cr、Fe、Mg、Be、Li、Mo、Co、Ni、Si、B、O和N中的一种或多种，主要通过调控各元素的含量使其兼具低密度、高强度和高塑性，在工程领域具有巨大的应用潜力；而且所述高熵合金制备方法操作简单、所用原料均无毒无害、安全可靠、经济实用。

技术领域

本发明涉及一种兼具高强度和高塑性的轻质高熵合金及其制备方法，属于金属材料及其制备领域。

背景技术

高熵合金是一种由五种或五种以上组元以近似等原子比组合而成的合金，又被称作多主元高乱度合金。由于多主元效应(高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应)，高熵合金表现出有别于传统合金的冶金物理作用机制，进而表现出一系列优异的性能，如突出的高温强度、良好的低温塑性、良好的耐磨性能、良好的耐腐蚀性以及优异的抗辐照性能。随着研究的进展，高熵合金的范围得到了拓展，组元不再局限于五种或五种以上，原子比例也在逐渐偏离等原子比，合金的可设计性大大提高。

目前，研究者普遍采用添加大量前三周期低密度金属的方法来降低高熵合金的密度，这导致产生大量的第二相。虽然能够获得较低的密度、高硬度和高压缩强度，但是塑性牺牲严重，极大地限制了其在工程上的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种兼具高强度和高塑性的轻质高熵合金及其制备方法，该高熵合金兼具低密度、高强度以及高塑性，在工程领域具有巨大的应用潜力，而且其制备方法操作简单、安全可靠、经济实用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种兼具高强度和高塑性的轻质高熵合金，所述高熵合金按原子数比记为Ti_aZr_bV_cNb_dM_x，M为Al、Hf、Cr、Fe、Mg、Be、Li、Mo、Co、Ni、Si、B、O和N其中一种或多种；其中，25＜a≤65，0＜b≤55，0≤c＜25，0＜d≤35，0≤x＜20，且a+b+c+d+x＝100，c和x不能同时为0。

进一步地，Ti_aZr_bV_cNb_dM_x中，25＜a≤60，15≤b≤50，0≤c＜25，5≤d≤30，0≤x＜20，且a+b+c+d+x＝100，c和x不能同时为0。

进一步地，M优选Al、Hf、Cr、Fe、Mg、Be、Li、Mo、Co和Ni中的一种或多种。

本发明所述高熵合金的制备方法，其步骤如下：

步骤一：将洁净的单质原料Ti、Zr、V、Nb和M放入真空度小于或等于2.5×10^-3Pa的熔炼炉中，并充入保护气体，然后进行熔炼，熔炼生成的合金液冷却后得到合金锭；将合金锭翻转，重复熔炼三次以上，确保成分均匀，得到高熵合金锭；

步骤二：将高熵合金锭密封在充满氩气的石英管内进行固溶处理，固溶温度900℃～1200℃，保温时间1h～12h，得到所述高熵合金。

进一步地，单质原料Ti、Zr、V、Nb和M的纯度分别大于或等于99.7wt％。

进一步地，熔炼炉优选电弧熔炼炉。

进一步地，保护气体优选氩气。

有益效果：

(1)本发明所述高熵合金由Ti、Zr、V、Nb以及M元素组成，主要通过调控各元素的含量，使其兼具低密度、高强度和高塑性的性能优势，在工程领域应用潜力巨大；

(2)本发明所述的制备方法操作简单、安全可靠，而且所用原料均无毒无害，容易获取。