[发明专利]一种高强度轻质化难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明属于高温材料技术领域，具体公开了一种高强度轻质化难熔高熵合金及其制备方法，该合金的组成表达式为MoNbVTasubgt;0.5/subgt;Alsubgt;x/subgt;，其中0＜x＜1，所述组成表达式中的比例为相对原子比。本发明难熔高熵合金在Mo‑Nb‑V‑Ta难熔高熵合金基础上引入不同含量的轻质元素Al，其在室温到800℃温度下的屈服强度均表现出优于Mo‑Nb‑V‑Ta难熔高熵合金，同时，合金比强度也均高于Mo‑Nb‑V‑Ta合金。本发明提供的具有低密度、优异高温力学性能的轻质难熔高熵合金体系，有望在高温结构材料领域取得广泛应用。

技术领域

本发明属于高温材料技术领域，更具体地，涉及一种高强度轻质化难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

传统材料的高温性能及耐热性能已经不能满足高超声速飞行器的要求，急需开发出应用于高温环境下的新一代材料。高熵合金是一种新型合金，突破了传统合金的设计理念，通常由多种主元元素按照等原子比或接近于等原子比合金化，且每种主元的原子分数在5％～35％范围内。高熵合金因具有高的混合熵，使之倾向于形成简单固溶体而不是金属间化合物，从而使得高熵合金本身具有较优异的耐高温特性。目前，常见的高熵合金体系主要是基于过渡金属元素，例如Ni、Fe、Co、Cu等。难熔高熵合金是以难熔金属元素为主元的新型高熵合金，其中难熔金属元素主要包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W等熔点高于1650℃的金属元素。难熔高熵合金的高温力学性能优于镍基高温合金及其他传统高温合金，使得其在高温下有着巨大的应用潜力。

但目前的难熔高熵合金存在着密度大、在不同温度尤其是高温下强度较低等缺点，限制了其作为高温材料的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高强度轻质化难熔高熵合金及其制备方法，旨在解决现有难熔高熵合金密度大、强度较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高强度轻质化难熔高熵合金，该合金的组成表达式为MoNbVTa_0.5Al_x，其中0＜x＜1，所述组成表达式中的比例为相对原子比。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述高强度轻质化难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

S1、以纯金属单质为原料，按合金成分对各金属原料进行称量配比；

S2、利用Al、V原料通过真空电弧熔炼制备Al-V预合金锭，并利用Mo、Nb和Ta原料通过真空电弧熔炼制备Mo-Nb-Ta预合金锭；

S3、将所述Al-V预合金锭和所述Mo-Nb-Ta预合金锭混合进行真空电弧熔炼，制备得到Mo-Nb-V-Ta-Al合金锭。

优选地，步骤S1中，所述原料包括纯度为99.95wt.％的Mo条、纯度为99.95wt.％的Nb片、纯度为99.95wt.％的V块、纯度为99.95wt.％的Ta粒和纯度为99.99wt.％的Al粒。

优选地，步骤S1中，所述原料在进行真空电弧熔炼前，先进行打磨以去除其表面氧化皮，再在无水乙醇中进行超声波清洗，干燥。

优选地，所述真空电弧熔炼具体操作为：将配制好的合金原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空并通入保护气体后进行电弧熔炼，熔炼结束后冷却。

优选地，步骤S2中，制备所述Al-V预合金锭时的熔炼温度为2000℃～2400℃。

优选地，步骤S2中，制备所述Mo-Nb-Ta预合金锭时的熔炼温度为3000℃～3500℃。

优选地，步骤S3中，所述Al-V预合金锭和所述Mo-Nb-Ta预合金锭混合熔炼的温度为2000℃～2400℃。