[发明专利]一种轻质富钛Ti-Zr-Nb-Al系难熔高熵合金基复合材料的制备方法

说明书

一种轻质富钛Ti‑Zr‑Nb‑Al系难熔高熵合金基复合材料的制备方法，本发明涉及一种新型金属材料制备领域，具体涉及一种轻质富钛Ti‑Zr‑Nb‑Al系难熔高熵合金基复合材料的制备方法。本发明的目的是解决现有难熔高熵合金密度大、塑性差、不能大尺寸制备的问题。方法：一、按照比例进行原料称取，将原料混合熔炼成金属锭，再通过高能量密度等离子旋转电极雾化技术制成粉末，得到基体粉末；二、称量外加增强体粉末；三、将基体粉末和外加增强体粉末混合后在高纯氩气气氛中进行低能球磨，得到混合粉末；四、将混合粉末进行真空热压烧结，得到致密块体材料，即为轻质富钛Ti‑Zr‑Nb‑Al系难熔高熵合金基复合材料。本发明用于高温结构构件。

技术领域

本发明涉及一种新型金属材料制备领域，具体涉及一种轻质富钛Ti-Zr-Nb-Al系难熔高熵合金基复合材料的制备方法。

背景技术

难熔高熵合金具有高熔点、高硬度、高强度、高温相稳定优异的特性，同时在高温下表现出良好的力学性能，有望为下一代高温结构构件提供可选材料。但难熔高熵合金中主元多含有如Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、V等高熔点高密度元素，使得难熔高熵合金普遍密度大、塑性差，一般不具有拉伸塑性，大大限制了难熔高熵合金在工程领域内的发展，因此降低密度、提高塑性、进一步提高强度、优化高温力学性能成为难熔高熵合金发展的重点问题。Ti元素具有高熔点(1660℃)和较低的密度(4.5g/cm³)，因此提高Ti含量可实现难熔高熵合金密度降低、塑性提高，但会影响难熔高熵合金的强度和高温力学性能。另一方面，现阶段难熔高熵合金的制备手段多为电弧熔炼法和放电等离子烧结等。电弧熔炼制备出的难熔高熵合金偏析严重，含有较多的铸造缺陷且材料利用率低；利用放电等离子烧结制备高熵合金烧结速度快，晶粒细小，组织均匀但受制于制备式样尺寸。因此，难熔高熵材料的制备也仍存在问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有难熔高熵合金密度大、塑性差、不能大尺寸制备的问题，而提供一种轻质富钛Ti-Zr-Nb-Al系难熔高熵合金基复合材料的制备方法。

一种轻质富钛Ti-Zr-Nb-Al系难熔高熵合金基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：

一、高熵合金所含元素及原子比为：Ti：Zr：Nb：Al＝a:b:c:d，各元素的化学组成为25≤a≤40，25≤b≤35，25≤c≤35，5≤d，a+b+c+d＝100；采用纯度99.5％以上的Ti、Zr、Nb、Al原料；按照上述比例进行原料称取，将原料混合熔炼成金属锭，再通过高能量密度等离子旋转电极雾化技术制成粉末，得到基体粉末；

二、称量外加增强体粉末；所述外加增强体粉末为B粉、TiB₂粉、NbB₂粉或ZrB₂粉；

三、将基体粉末和外加增强体粉末混合后在高纯氩气气氛中进行低能球磨，得到混合粉末；

四、将混合粉末进行真空热压烧结，得到致密块体材料，即为轻质富钛Ti-Zr-Nb-Al 系难熔高熵合金基复合材料。

本发明的有益效果是：

本发明通过设计提高难熔高熵合金中钛原子比在降低难熔高熵合金的密度的同时提高难熔高熵合金的塑性。利用高能量密度等离子旋转电极雾化制粉技术制备所设计的富钛难熔高熵合金球形粉，然后利用低能球磨将TiB₂等陶瓷粉附着在富钛难熔高熵合金球形粉表面，利用热压烧结将混合好的粉末致密化从而制备富钛难熔高熵合金基复合材料，通过TiB₂等陶瓷粉与基体球形粉发生反应生成TiB晶须从而引入增强相，一方面使得晶粒细化，另一方面起到第二相强化作用提高强度实现强韧化。

附图说明

图1为实施例一步骤一得到的基体粉末的微观形貌图；

图2为实施例二步骤三得到的难熔高熵合金的低倍微观形貌图；