[发明专利]一种NbTaTiZr高熵合金及其粉末的制备方法

说明书

本发明涉及一种NbTaTiZr高熵合金及其粉末的制备方法，所述高熵合金由Nb、Ta、Ti和Zr四种元素组成，元素摩尔百分比为Nb：Ta：Ti：Zr=（20‑40）：（15‑30）：（10‑30）：（10‑28）。本发明还提供了一种真空或惰性气氛下机械合金化制备所述NbTaTiZr高熵合金粉末的方法，可制备得到不同粒径大小、完全合金化的NbTaTiZr高熵合金粉末，粉末形状可为类球形、片状或其他非规则形状。本发明制备得到的NbTaTiZr高熵合金粉末为单一BCC固溶体结构，成分分布均匀，粉末直径小，可达到纳米级，制备工艺简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金及其粉末的制备方法，具体指一种轻质NbTaTiZr高熵合金及其粉末的制备方法。

背景技术

高熵合金(high entropy alloys)，又叫高混乱度合金，多主元合金(目前被定义为5~13元的多主元合金)，是传统合金之外的另一个合金世界，由于其具有良好的高温热稳定性、高强度、高硬度、耐蚀性和耐磨性等，为金属材料开创了一个新的领域，成为一种极具发展潜力的新兴材料。特别的，由Mo、Nb、Ta、W、Hf、V等难熔金属组成的难熔高熵合金，其熔点高，强度大，耐高温性能优异，具有十分广阔的应用前景。2011年，Senkov等首次公开报道了完全由难熔金属元素组成的Mo₂₅Nb₂₅Ta₂₅W₂₅高熵合金（Intermetallics，19 (2011) 698-706），该高熵合金为体心立方结构，室温压缩强度为1211MPa，其在1600^oC压缩强度为405MPa，具有十分优异的耐高温性能和高温强度，是一种新型的耐高温结构材料。然而，该合金密度高达13.7g/cm³，这对于航空航天耐高温部件的应用极为不利。此外，Mo₂₅Nb₂₅Ta₂₅W₂₅高熵合金在室温下的断裂应变仅为2.6%，亟需进一步提高其室温塑性。

目前，难熔高熵合金主要采用电弧熔炼法制备，为了使合金元素分布均匀，合金锭需要多次重复熔炼，较难制备大尺寸复杂形状的样件。受电弧熔炼水冷铜坩埚冷却的影响，铸锭易产生枝晶偏析和成分偏析。粉末冶金法和表面涂层技术为难熔高熵合金的制备提供了新思路，粉末冶金法能制备出不同形状大小的难熔高熵合金块体，可有效避免成分偏析和细化晶粒，制备的合金具有良好的组织和成分均匀性；表面涂层技术可在基体表面近净成形，能够实现该类高熵合金的大面积广泛应用。高性能粉末的制备是粉末冶金法和表面涂层应用的关键，然而，难熔高熵合金熔点高，合金元素在高温下易发生氧化，难熔高熵合金粉体的制备较为困难，亟需开发粉末直径小，粒度成分均匀，粉体形状可控，工艺简单可调的难熔高熵合金的粉末制备技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种NbTaTiZr高熵合金及其粉末的制备方法，该高熵合金粉末直径可达纳米级，粒度成分均匀，粉体形状为片状、球状或非规则形状。

本发明提供的一种NbTaTiZr高熵合金由Nb、Ta 、Ti和Zr四种元素组成，摩尔百分比为Nb：Ta：Ti：Zr=（20-40）：（15-30）：（10-30）：（10-28）；进一步地，所述四种元素的摩尔百分比为Nb：Ta：Ti：Zr=（25-35）：（20-25）：（20-25）：（15-25）；

本发明提供了一种上述NbTaTiZr高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

（1）Nb、Ta、Ti、和Zr四种元素高纯度粉末混合均匀；

（2）真空或惰性气氛下制备高熵合金粉末；

（3）步骤（2）的粉末取出，真空干燥，过筛分级，得到不同粒径大小、完全合金化的高熵合金粉末。