[发明专利]一种高硬度难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高硬度难熔高熵合金及其制备方法，本发明的高熵合金包含的组元为Nb、Ta、Mo、W和Ni五种难熔元素，其化学式为（NbTaMoW）_XNi_Y；在真空条件下使用非自耗电弧熔炼法制备得到该高熵合金铸锭；本发明制备得到的高熵合金组织成分均匀，为单一BCC固熔体结构，结构稳定；具有高硬度，铸态硬度可达1200HV。

技术领域

本发明涉及一种高硬度难熔高熵合金及其制备方法，具体地，涉及一种高硬度、难熔高熵合金材料及其制备方法，属于合金材料及其制备技术领域。

背景技术

随着科技的飞速发展，在金属材料行业对材料的性能要求也越来越高。高熵合金（High Entropy Alloys）是以五种或五种以上金属元素以等摩尔比或接近等摩尔比组成的新型超级合金，其打破了传统合金以一种元素为主元的设计理念，具有单相固溶体结构（BCC、FCC or HCP），经熔炼技术或其他制备方法得到。金属元素种类的增多提高了多组元合金内部整体混乱程度，同时能够提高合金系统的混合熵，高的混合熵以及元素的难以扩散性致使高熵合金拥有简单的结构。因此，高熵合金具备高强度，高硬度，耐磨、耐腐蚀、耐高温等一系列优于传统合金的优异特性，具有良好的发展潜力和广阔的应用前景。特别的，senkov等开发的NbTaMoW合金，其1600^oC仍具有600MPa的强度，是一种性能十分优异的耐高温材料。然而， NbTaMoW合金的硬度偏低，其室温硬度只有445HV, 还有待进一步提升。

合金化是一种有效提高合金性能的常用方法。固溶强化是NbTaMoW合金主要的强化机制，通过合金化，添加与合金组元原子半径差异较大的合金化元素，可有效的增大晶格畸变，能够显著提高固溶强化的效果；因此，在保持难熔高熵合金良好的高温强度的同时提升其硬度是目前亟需攻克的难关。

发明内容

本发明提供一种高硬度难熔的新型多主元高熵合金材料及其制备方法。

本发明技术方案为：一种高硬度难熔高熵合金的制备方法，高熵合金组元包括Nb、Ta、Mo、W和Ni五种元素，使用的高熵合金原料纯度均不低于99.9%。

本发明提供的一种高硬度难熔高熵合金，其分子式为（NbTaMoW）_XNi_Y，因组元Ni元素与其他四种元素相比存在较大原子半径差，Ni元素的存在能形成大的晶格畸变，能够显著提高固溶强化的效果，得到一种硬度更高的高熵合金材料。

本发明提供的一种高硬度难熔高熵合金，组元Nb、Ta、Mo、W的原子百分比为65-100%，组元Ni的原子百分比为0-35%。

本发明提供了一种高硬度难熔高熵合金的制备方法，所述高熵合金特征在于：采用电弧熔炼法制备，包括以下步骤：以块状铌、钽、钼、钨和镍单质为原料，通过砂纸打磨及去除块状原料表面氧化物，在水和酒精中超声清洗， 80 ^oC干燥2 h后备用。按照各元素原子比称取预处理的金属小块体，进行原料配制；将配好的原料按熔点高低高的顺序自下而上放置，每熔炼一次翻转一次，共熔炼五次，以保证成分均匀。

以上制备方法中，所述的所有原料按照设定顺序进行放置和熔炼，达到降低烧损的要求，使其和加入原料的成分基本一致。

以上制备方法中，金属熔炼时，熔炼参数设置值真空度为2～2.5×10^-3Pa，充入惰性气体至-0.04MPa；合金熔炼电流为350A~700A。

与现有技术比较，本发明的有益效果是。

1.具有高硬度的特点，本发明中高熵合金材料具有高硬度，硬度可达1200HV。与现有高熵合金TaNbWMo硬度445 HV比较，提高了2.7倍。