[发明专利]一种轻质难熔多主元合金、其制备方法及用途

说明书

本发明提供一种轻质难熔多主元合金、其制备方法及用途。本发明轻质难熔多主元合金通式为(TiZrNb)subgt;100‑x‑y/subgt;Alsubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;，其中0.3％≤x≤6.0％，0.2％≤y≤2.0％，x与y为对应元素的摩尔百分比。本发明还公开了轻质难熔多主元合金的制备方法。本发明轻质难熔多主元合金密度ρ≤6.5g/cmsupgt;3/supgt;，其在室温下的屈服强度高达1050MPa，断后伸长率超过15％；通过调控Al与O元素的原子配比，得到一系列难熔多主元合金，合金均保持单一的BCC无序固溶体结构。本发明提供的轻质难熔多主元合金具有低密度与优异的室温力学性能，有望实现难熔高熵合金的工程化应用。

技术领域

本发明涉及金属材料技术，尤其涉及一种轻质难熔多主元合金、其制备方法及用途。

背景技术

难熔高熵合金因其优异的高温稳定性、良好的抗辐照、耐腐蚀性能等受到了广泛关注，并且有望成为下一代航空航天高温结构件的候选材料。难熔高熵合金一般由高熔点的W、Ta、Mo、Nb、Hf、Zr、Ti等元素组成，虽然使合金具有良好的高温力学性能，但合金的密度普遍较高；除此之外，由于组成成分的近等摩尔比，合金中一般会生成金属间化合物，这使得合金在室温下不具备拉伸性能，大大限制了难熔高熵合金的工程化应用；因此降低合金密度，提高合金拉伸性能，进一步优化合金强度成为难熔高熵合金所面临的重大挑战。目前，难熔高熵合金成分体系中HfNbTaTiZr合金表现出一定的拉伸塑性，且其体系内的其他成分合金也具有良好的拉伸塑性，但是合金的屈服强度较低且密度较高。Ti、Zr、Nb元素相对与其他难熔元素密度较低，且具备一定的室温拉伸性能，Al与O元素通常作为强化原子固溶到基体中以协同提高合金的屈服强度与塑性，因此通过合理调配各元素成分比例和微合金化等方式有望解决上述等问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前难熔高熵合金高密度、低拉伸塑性的问题，提出一种轻质难熔多主元合金，该合金在室温下具有良好的强度和塑性，并且可以实现大尺寸制备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种轻质难熔多主元合金，通式为(TiZrNb)_100-x-yAl_xO_y，其中0.3％≤x≤6.0％，0.2％≤y≤2.0％，x与y为对应元素的摩尔百分比。

进一步地，所述通式(TiZrNb)_100-x-yAl_xO_y满足：0.5％≤x≤5.0％，0.4％≤y≤1.8％。

进一步地，所述通式(TiZrNb)_100-x-yAl_xO_y满足：0.7％≤x≤5.0％，0.5％≤y≤1.5％。

进一步地，所述轻质难熔多主元合金为单相BCC无序固溶体结构。

本发明的另一个目的还公开了一种轻质难熔多主元合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、原料选取：选取金属单质Ti、Zr、Nb与Al，并用砂纸对其表面进行打磨，以去除原料表面的氧化皮与污渍；O元素是通过TiO₂颗粒加入合金锭；

步骤二、配料：将上述所选原料按通式中各组分摩尔比称取；

步骤三、熔炼：将所配原料放入真空电弧熔炼炉中，在惰性气体氛围下进行熔炼，辅以电磁搅拌技术，以获得轻质难熔多主元合金。

进一步地，所选原料纯度为99.9wt.％的Ti块、纯度99.9wt.％的Zr粒、99.95wt.％的Nb块以及99.95wt.％的Al粒，纯度为99.9wt.％TiO₂颗粒。优选的，所述Ti、Zr、Nb、Al和TiO₂原料纯度均在99.9wt％以上。

进一步地，称取原料时，称取误差为±0.001g。