[发明专利]一种耐高温VNbMoTa高熵合金及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201810925589.4 申请日: 2018-08-15
公开(公告)号: CN108950351A 公开(公告)日: 2018-12-07
发明(设计)人: 李云凯;陈义文;程兴旺;薛云飞;徐子祁 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: C22C30/00 分类号: C22C30/00;C22C1/02
代理公司: 北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙) 11639 代理人: 王民盛
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 制备 高熵合金 耐高温 熔炼 固溶体合金 去除氧化皮 原子百分比 真空电弧炉 金属材料 航空航天 室温塑性 承载件 纯金属 石油勘探 放入 合金 汽车 应用
【说明书】:

发明涉及一种耐高温VNbMoTa高熵合金及其制备方法,属于金属材料及其制备领域。该种合金成分的原子百分比表达式为VaNbbMocTad,其中10≤a≤35,20≤b≤45,5≤c≤25,20≤d≤45。所需原料为纯金属钒、铌、钼、钽。将原料去除氧化皮后,放入真空电弧炉进行熔炼,熔炼4~6次后,可获得单相BCC机构的固溶体合金。本发明制备的VaNbbMocTad系高熵合金兼具良好的室温塑性和高温强度,可在1200℃的高温下长期服役,未来可在航空航天、汽车、石油勘探领域内作为高温承载件广泛的应用。

技术领域

本发明涉及一种耐高温VNbMoTa高熵合金及其制备方法,属于金属材料及其制备领域。

背景技术

高熵合金是指包含四种或四种以上组元,每种组元原子分数在5%~35%之间,且能形成简单结构的新型合金。该种合金具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应和性能上的“鸡尾酒”效应。与仅包含一种或两种组元的传统合金相比,高熵合金具有高强度、高硬度,良好的耐磨性,高热阻和电阻率等,在结构材料和功能材料领域都具有广阔的应用前景。例如:高强工具刀、耐热耐磨涂层、磨具内衬、硅铜扩散阻挡层、四模式激光陀螺仪等。与非晶材料相比,高熵合金具有良好的室温加工性、使用温度范围更广等,被认为是最近几十年来合金理论的三大突破之一。

目前报道的构成高熵合金组成元素大多集中在Co、Cr、Fe、Ni、Al、Cu和V、Nb、Mo、Ta、W、Hf元素等。由后者构成的高熵合金因熔点较高,又称难熔高熵合金,在高温材料领域应用具有更大的优势。O.N.Senkov等人制备的MoNbTaVW和MoNbTaW系列的高熵合金,在1200℃能够保持超过500MPa的屈服强度,1600℃的高温下仍能保持一定的强度,优于传统的镍基Inconel718和Haynes230高温合金。但含有高熔点的W元素,材料在熔炼过程易产生缺陷,室温压缩变形量仅为3%。密度过高的W元素也使得所制备的上述合金密度超过12g/cm3。为了改善合金的室温塑性,Senkov等人又设计出HfNbTaTiZr合金。该种合金的室温压缩塑性超过50%,但该种合金在超过1000℃的高温下强度不是十分理想。针对这一问题,本发明选优V、Nb、Mo、Ta四种元素,设计出一款新型VNbMoTa系难熔高熵合金。该种高熵合金能够兼具良好的室温塑性和高温强度。另外由于不含有W元素,合金制备过程简单,缺陷少。该种合金未来可在航空航天、汽车、石油勘探领域内作为高温承载件广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温VNbMoTa高熵合金及其制备方法,该合金兼具良好的室温塑性和高温强度VaNbbMocTad的特点,该种合金具有简单体心立方结构,可在1200℃的高温下长期服役。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的高熵合金体系为VaNbbMocTad,所需要的原材料为钒、铌、锆、钛纯金属。采用真空非自耗电弧炉熔炼等工艺进行熔炼,可以获得具有简单体心立方结构的高熵合金。

一种耐高温VNbMoTa高熵合金,所述合金成分的原子百分比表达式为VaNbbMocTad,其中10≤a≤35,20≤b≤45,5≤c≤25,20≤d≤45,且a+b+c+d=100;

进一步,所述高熵合金材料成分的原子百分比表达式为VaNbbMocTad,a=b=c=d=25。

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