[发明专利]一种TiZrNbMoxHfy多主元高温合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，提供了一种新型TiZrNbMo_xHf_y多主元高温合金及其制备方法，该多主元合金将在高温下具有很好的应用前景。

背景技术

传统的合金设计是以一种或两种元素为主元，通过添加少量的其他元素来改善合金组织结构及性能。然而这种传统的合金设计方法限制了合金体系的发展。2004年台湾学者叶均蔚峰率先提出了多主元合金的设计理念，并把多主元合金定义为包含五种或五种以上合金元素，每种元素的原子百分比在5％～35％之间。多主元合金的提出为新型合金体系的发展提供了广阔的思路。

以多种元素为主元的特征赋予多主元合金系具有四个显著的效应：(1)热力学上的高混合熵效应，(2)动力学上的缓慢扩散效应，(3)晶体学上的晶格畸变效应，(4)性能上的鸡尾酒效应。在四种效应的作用下多主元合金具有很多结构与性能的优异性。结构上，多主元合金倾向于形成简单的面心立方(FCC)或体心立方(BCC)相甚至非晶相或者纳米析出相，且形成相的数量一般远低于吉布斯相率所预测的相数。性能上，多主元合金具有优异的综合性能，通过合理的元素选择，合金可以具有高的强度，高的硬度，良好的耐磨性，良好的耐腐蚀性及抗高温软化性。此外，多主元合金可以通过多种技术成功制备如电弧熔炼，感应熔炼，机械合金化，激光熔覆，等离子喷涂，磁控溅射等技术来制备高熵合金块体，涂层，薄膜等。

目前研究的多主元合金体系大多数是基于Al，Fe，Cu，Co，Ni，Cr，Mn等元素，对于全部元素均为高熔点元素Ti，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，W等的多主元合金体系及组成元素在所在合金体系中对组织结构及性能的影响研究较少。因此研究多主元均为高熔点元素的合金不仅能够丰富多主元合金体系，而且为开发新的高温合金体系提供了新的发展思路。研究已经发现等摩尔比合金TiZrNbMoHf能够形成单一的体心立方相，然而该合金中组成元素对合金组织及性能的影响尚不清楚，而在所有组成元素中，Hf元素的密度是最高，价格是最贵的，其次是Mo元素，因此研究Mo及Hf元素含量变化对组织结构及性能的影响对该合金在高温领域尤其是航空航天领域的广泛应用具有重要的研究意义。

而在哈尔滨工业大学，林丽蓉于2007年7月发表的《高熔化温度五元高熵合金组织及性能研究》硕士论文中，虽然公开了其研究的高熵合金里包含有TiZrNbMoHf合金，但是其限定的合金组分配比必须严格要求在1:1:1:1:1的值，如果超出这一范围值，那么合金的微观组织形貌，晶体结构就会发生不确定性的变化，而且，其全文也并没有给出相应的启示，减少Hf原料的量，改变Mo与Hf的比例关系，可以使合金具有很好的晶体立方结构，并具有明显的压缩性能，硬度等方面的提升，

而且，在其论文中1.6部分已经表明：高熵合金的研究还是一块处女地，无论理论研究还是实验研究结果都非常少。人们对这一合金化过程的机理以及其中涉及到的诸多科学问题基本还没有认识。现在出现的一些高熵合金体系也只是通过所谓的鸡尾酒式的方法调配而成，还没有建立科学选择合金元素的理论。另外，对高熵合金凝固后的组织结构以及各方面的性能比如力学性能、耐高温和耐磨性能、电学和磁学性能以及其它一些物理系性能，都还没有清晰的认识。尽管如此，我们还是只能尝试，不断地尝试，并从失败的实验中总结出规律。

由此可知，现有技术中并没有高熵合金体系中各金属之间的机理的研究，本领域技术人员也并可能通过简单随意地改变高熵合金体系中每个金属的比例，就能得到理想的合金，这也不符合本领人员的研究高熵合金常规方法。所以说，林丽蓉的硕士论文其选用的TiZrNbMoHf合金用量比是均等的，而Mo和Hf元素又是非常昂贵的一种元素，如何在节约成本的前提下，又不能是上述合金的性不能不降低，甚至有所提高，论文中并没有给出相应的说明或者技术启示。

另外，在2014年2月26号公开的，公开号为：CN103602872A，名称为：一种TiZrNbVMo_x高熵合金及其制备方法，虽然给出了一种高熵合金成分，但是其并没有涉及到Hf元素的合金体系，而加入Hf与不加入Hf，相应的结构和性能发生何种变化，是否能够达到预期的目标，其并没有给出。并且，也没有给出减少Mo的比例，合金的结构和性能会有什么样的变化，其也并没有给出说明。