[发明专利]一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法

说明书

本发明公开了一种电子束熔炼均质化制备Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金的方法，具有如下步骤：称取Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金的各原料：Ti、Zr、Hf、Nb和Ta；对称取得到的各原料进行清洗，备用；将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中；对电子束熔炼炉进行真空预抽，之后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，达到高真空标准；对水冷铜坩埚中的原料进行电子束熔炼，之后，瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品；对冷却至室温的样品在水冷铜坩埚中进行翻面重熔，之后，瞬时降束，快速凝固，得到Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金。本发明可以得到成分均质的Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金，且铸锭无缩孔，铸锭的均质部分极限尺寸较大。

技术领域

本发明涉及一种合金的制备方法，具体地说是一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法。

背景技术

难熔高熵合金是在高温结构金属开发过程中发展起来的新型高熵合金体系。其与其他高熵合金一样，具有在热力学上高混合熵效应，在结构上的晶格畸变效应及在性能上的鸡尾酒等效应。现有的研究表明，其具有高强度，高硬度，耐磨性好等优异性能。

当前的难熔高熵合金熔炼方法以真空电弧熔炼为主，然而由于难熔金属的高熔点，会导致工艺难度大，加热温度高，容易出现缩孔、极限尺寸小(50mm)等问题。既使利用单质粉末烧结也无法制备此类合金。在申请号为CN201811183559.7的专利中，提及一种利用单质粉末机械球磨的方法制得了单相的NbZrTiTa难熔高熵合金，突破了机械合金化的难点。但是，其工艺时间长，需要准备单质粉末，综合成本较高。如果再涉及到Hf、Ta元素的添加，则成本会进一步提高。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法。电子束熔炼技术在高真空的条件下利用高能量密度的电子束轰击母材使其完全融化，并使熔池在较高的温度下过热一定的时间，在凝固过程可以提供较高的冷却速率，从而实现对金属材料的高纯化，均质化制备。优势在于：在精炼过程中，其真空度一般低于1×10^-1Pa，熔化方式为电子束撞击生热，难熔金属容易熔化。水冷铜坩埚不会带入杂质元素，并且可以使铸锭快速冷却，从而获得成分偏析小的铸锭。本方法基于电子束优异的精炼条件，从单质元素出发制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金，并快速凝固控制铸锭高的偏析。本发明采用的技术手段如下：

一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法，具有如下步骤：

S1、称取Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的各原料：Ti、Zr、Hf、Nb和Ta；

S2、对称取得到的各原料进行清洗，备用；

S3、将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中；

S4、对电子束熔炼炉进行真空预抽，之后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，达到高真空标准；

S5、对水冷铜坩埚中的原料进行电子束熔炼，之后，瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品；

S6、对冷却至室温的样品在水冷铜坩埚中进行翻面重熔，之后，瞬时降束，快速凝固，得到Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金。

所述步骤S1中，Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的各原料按以下质量份称取：

Ti：104～108份

Zr：156～160份

Hf：303～307份

Nb：160～165份

Ta：309～315份；

Ti、Zr、Hf、Nb和Ta为片状或颗粒状。