[发明专利]一种含B的难熔高熵合金TiZrNbMoTa及其粉末冶金制备方法

说明书

本发明公开了一种含B的难熔高熵合金TiZrNbMoTa及其粉末冶金制备方法，其是选用高熔点金属元素Ti、Zr、Nb、Mo、Ta及非金属元素B为原料，先经机械合金化制备出合金粉末，再利用放电等离子烧结进行固结，得到块体合金材料。本发明所得难熔高熵合金的晶粒尺寸小，成分均匀，致密性良好，且其制备方法简单，可经一次烧结制得，能够显著降低能耗和减少设备损耗，具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于合金材料制备领域，具体涉及一种含B的难熔高熵合金TiZrNbMoTa及其粉末冶金制备方法。

背景技术

现有的Ni基、Co基高温合金以其优异的耐高温性能被广泛应用于航空航天领域。然而随着科学技术的发展，高温合金的服役条件日益苛刻，在现有的高温合金基础上，即使添加一些难熔合金元素也难以提高其使用温度，极大地限制了其相关应用。因此开发出更高性能的高温合金具有重大的科研与工程意义。2004年叶均蔚教授首先提出高熵合金的概念，不同于传统的合金设计理念，其以5种或5种以上的合金元素按等摩尔比或近似等摩尔比组成合金，借助其特有的高熵效应，可在一定程度上避免金属间化合物的形成，形成简单的FCC或BCC固溶体结构，这也使得高熵合金因其优异的性能，成为合金材料领域的研究热点。以往所研究的高熵合金体系多是以过渡族金属元素为主，即CoCrFeNi系列高熵合金。随着航空航天技术的发展，另一类以高熔点元素，如Nb、Mo、Ta、Hf等为主组成的难熔高熵合金，受到越来越多的关注与研究，其具有高熔点，较高的高温强度，具有优异的抗高温软化，耐高温腐蚀等优异性能，有望作为高温合金应用于航空航天领域，为高温合金的开发开辟新的方向。

目前已有的难熔高熵合金大多采用熔炼法制备，由于元素熔点高，成分难以均匀，造成严重偏析，影响使用性能。此外，高熔点高熵合金硬度高，室温下表现出脆性，其铸锭难以加工成形。机械合金化方法是通过粉末和磨球之间的反复碰撞逐渐形成合金化，有效避免了成分偏析；随后烧结时，可以在各种模具中进行，获得近终形状，避免了加工困难的问题。因此，本发明采用粉末冶金（机械合金化+放电等离子烧结）制备含B的难熔高熵合金TiZrNbMoTa高熵合金。

发明内容

为克服现有技术的不足，并进一步改善合金性能，本发明提供了一种含B的难熔高熵合金TiZrNbMoTa及其粉末冶金制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含B的难熔高熵合金TiZrNbMoTa，采用粉末冶金方法进行制备，即选用高熔点金属元素Ti、Zr、Nb、Mo、Ta及非金属元素B为原料，先经机械合金化（MA）制备出合金粉末，再利用放电等离子烧结（SPS）进行固结，得到块体合金材料。其具体包括如下步骤：

1）按化学式TiZrNbMoTaB_x（其中，x=0-0.3）所示摩尔比分别称取Ti、Zr、Nb、Mo、Ta及B的原料粉末，将其混合均匀并在惰性气体保护下进行高能球磨，使粉末在球磨过程中逐步实现合金化，得到TiZrNbMoTaB_x的高熵合金粉末；所述高能球磨的工艺条件为：球料质量比为12:1～15:1，球磨转速为200～300r/min，球磨时间为20～40h；

2）将步骤1）所得高熵合金粉末进行放电等离子烧结，使其固结，得到块状高熵合金材料；所述放电等离子烧结的工艺条件为：烧结温度为1300-1600℃，保温时间为20-40min，烧结压力为30-50Mpa，升温速率为50-100℃/min。

步骤1）所述原料粉末的粒度为200～400目。

步骤1）机械合金化工序中，粉末在高能球磨的过程中，经过不断的变形、断裂、冷焊循环过程，逐步实现合金化，最后形成单相FCC结构的高熵合金粉末。