[发明专利]一种耐腐蚀、高强韧TiVCrNb高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐腐蚀、高强韧TiVCrNb高熵合金材料，该高熵合金按照各组成元素的摩尔比记为：TiaVbCrcNbd，其中20≤a≤60，10≤b≤40，3≤c≤30，3≤d≤30，另外本发明还提供了该高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：一、将Ti、V、Cr和Nb混合均匀；二、将混合原料熔炼成合金铸锭；三、对合金铸锭进行均质化处理，得到耐腐蚀、高强韧高熵合金材料。本发明对高熵合金组成元素和摩尔配比的调控，增强了高熵合金的元素混合效应和晶格畸变效应，提高了高熵合金材料的耐腐蚀性能和强塑性，通过优化熔炼环境，结合高温均质化处理工艺，提高了材料的元素均匀性，确保了材料的耐腐蚀性能和高强韧性能。

技术领域

本发明属于高熵合金加工技术领域，具体涉及一种耐腐蚀、高强韧TiVCrNb高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

核能是现代多元能源体系的重要组成部分之一，相较传统火力发电，核能发电具有高能量密度、低碳排放等显著优点。核电站的关键设备为反应堆，反应堆结构材料处于十分严苛的服役环境，在反应堆中，材料除了需要面对核变反应产生的高能中子辐照外，同时受到核嬗变反应产生的氦、氢及其同位素等气体原子的影响，这些都会对结构材料产生非常不利的影响，严重的还会导致材料的强度、韧性等力学性能恶化甚至发生失效。另外，材料还要长期暴露于高温和腐蚀环境中，会造成反应堆环境下材料的腐蚀、辐照加速腐蚀、应力腐蚀开裂、温度加速应力腐蚀开裂等腐蚀问题。

高熵合金是一种新的合金设计理念，可通过多主元合金自身较高的熵值和原子不易扩散的特性获得热稳定性高的固溶相。由于主元数量多、浓度高，高熵合金具有区别于传统合金的“四大效应”：高熵效应、晶格畸变、迟滞扩散和鸡尾酒效应。这四大效应极大提高了合金包括强塑性、耐腐蚀性能在内的综合性能，使得高熵合金成为有潜力的反应堆选结构材料。

因此需要一种耐腐蚀、高强韧TiVCrNb高熵合金材料及其制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种耐腐蚀、高强韧TiVCrNb高熵合金材料。该材料通过对高熵合金组成元素以及摩尔比的调控，有效增大合金元素混合效应和晶格畸变效应，增强了合金固溶强化作用，提高了合金的耐腐蚀性能和高强韧性能，并且通过优化熔炼环境，避免了杂质元素对合金的影响，提高了合金纯度，强化了合金的耐腐蚀性能和高强韧性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种耐腐蚀、高强韧TiVCrNb高熵合金材料，其特征在于，该高熵合金按照各组成元素的摩尔比记为：Ti_aV_bCr_cNb_d，其中20≤a≤60，10≤b≤40，3≤c≤30，3≤d≤30，且a+b+c+d=100；所述高熵合金材料的物相为体心立方结构，室温下抗拉强度不低于900MPa，屈服强度不低于800MPa，塑性不低于15%。

本发明通过添加Ti、V和Cr低活化元素，合金材料被高能中子活化之后可以在较短期内降低放射性活度到可操作水平；室温下在含有IV副族Ti元素以及V副族V元素的BCC高熵合金体系中添加一定含量的高硬Cr元素，可以在保持较高强度同时获得优异的高强韧性，同时Cr元素还具有耐腐蚀特性，有利于提高合金的耐腐蚀性能；难融金属Nb元素的加入，可以显著提升合金的高温稳定性，促使合金在高温处理后保持单相BCC结构；另外，Nb元素还具有优异的抗腐蚀能力，进一步强化了合金的高强韧性能和耐腐蚀性能，通过对组成元素配比的调控，使得合金具有优异的耐腐蚀性能和高强韧性能。

上述的一种耐腐蚀、高强韧TiVCrNb高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金按照各组成元素的摩尔比记为：Ti_aV_bCr_cNb_d，其中22≤a≤57，13≤b≤37，5≤c≤28，5≤d≤28，且a+b+c+d=100。