[发明专利]一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金

说明书

一种超高强轻质Al‑Ti‑V中熵合金，合金各组分元素主要为：Al、Ti和V，按质量百分比为Al：15.00~54.00%；Ti：20.00~59.00%；V：25.00~60.00%；杂质元素总含量≤0.010%。本发明中采用纯Al相对密度为2.7g/cm³，加入Al元素能大幅度降低合金密度，并使Al拥有良好的塑韧性；纯Ti的密度约为4.5 g/cm³，约为铁的一半，具有较高的强度和耐高温性能以及较好的塑性和韧性；金属V在元素周期表内与Ti相邻，密度约为5.96 g/cm³，在合金中加入V元素能同时提高材料强度和塑韧性；将Al‑Ti‑V元素按照一定比例混合，制备出的中熵合金具有超高强度、低密度、耐高温、热加工成型性优异的特点。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金。

背景技术

随着航天航空、兵器工业等领域高端装备的飞速发展，传统合金的理化性能越来越难以满足相应设计需求，因此在20世纪90年代提出一种有别于传统合金的“多元高熵合金”或“多元高混乱度合金”设计新理念。即将多种元素按照等原子比或者接近等原子比的成分比例混合制备合金，通过提高合金体系总体熵值得到高熵合金，使其拥有突破传统合金极限的特殊理化性能，如超高强度硬度、耐磨耐腐蚀性、抗高温氧化、抗高温软化、耐超低温冲击等。中熵合金的熵值介于高熵合金与传统合金（低熵合金）之间，其具有一些高熵合金具有而传统合金无法比拟的的优良性能，同时中熵合金的元素种类相对高熵合金较少，使得分析研究更为容易。

在国家2019年12月发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》的通告中，明确要求发展高强度（降服强度1.4GPa）、高硬度（维氏硬度＞500）等高性能材料，同时高性能、轻质材料的应用是解决当今时代能源、环境、安全三大问题的重要手段之一，是实现高端装备减重节能以及可良好服役在极端环境中的重要途径。因此随着航天航空、兵器工业和高铁舰船等领域快速发展，新型超高强度、轻质中熵合金在高端装备关键部件上的应用必然会成为研究重点和热点。

发明内容

针对上述背景技术，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型Al-Ti-V中熵合金，通过将三种元素按照一定比例混合后获得中等熵值的合金，使其具有超高强度、低密度、耐高温、热加工成型性优异的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超高强轻质Al-Ti-V中熵合金，各组分元素主要为：Al、Ti和V，按质量百分比为Al：15.00~54.00%；Ti：20.00~59.00%；V：25.00~60.00%；杂质元素总含量≤0.010%。

所述杂质元素为H、O、N、Fe和Si。

所述合金室温强度超过1.5GPa，加工温度700~1200℃；800℃温度时强度达1GPa；硬度为400~700HV；密度为≤4.3g/cm³。

采用上述技术方案的有益效果：

1、本发明中采用纯Al相对密度为2.7g/cm³，加入Al元素能大幅度降低合金密度，并使Al拥有良好的塑韧性；纯Ti的密度约为4.5 g/cm³，约为铁的一半，具有较高的强度和耐高温性能以及较好的塑性和韧性；金属V在元素周期表内与Ti相邻，密度约为5.96 g/cm³，在合金中加入V元素能同时提高材料强度和塑韧性。

2、本发明将Al-Ti-V元素按照一定比例混合，制备出的中熵合金具有超高强度、低密度、耐高温、热加工成型性优异的特点。

附图说明

图1为本发明实施新型超高强轻质Al-Ti-V中熵合金铸态试样。

图2为本发明实施新型超高强轻质Al-Ti-V中熵合金铸态试样金相照片。