[发明专利]一种高强度高塑性的四元难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高塑性的四元难熔高熵合金及其制备方法，所述四元难熔高熵合金成分为Hf_aTi_bNb_cX_d，其中，a＝10‑30at％，b＝20‑40at％，c＝20‑40at％，d＝10‑30at％，X为Ta或V；其制备方法包括，依照组分配比将各金属原料按熔点从低到高的顺序依次放入水冷金属坩埚中，熔点最低的元素放在底层，熔点最高的元素放在表层，在无氧环境下引弧熔炼，直至充分混溶即得。本发明提供的四元难熔高熵合金由BCC固溶体组成，具有高强度的同时兼具室温大塑性，弥补了难熔高熵合金塑性变形能力差的不足；其组成元素熔点高，通过非自耗真空电弧熔炼工艺熔炼，所得合金组织和成分均匀，力学性能优良。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高强度高塑性的四元难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

数千年以来，发展的传统合金体系都是以一种或者两种组元为基体，通过添加其它微量元素来改善合金的性能，从而满足生产和生活需要，例如传统的铁基、铜基和铝基合金等。然而，在传统单主元合金中，随着其他微量元素的加入，会形成金属间化合物，从而降低合金材料的使用性能，极大地限制了传统合金的应用；而且，传统合金体系的元素选择与设计种类已趋于饱和，传统合金并不能满足特殊的要求。

打破传统合金设计理念发展新型合金是金属材料学家追求的目标。2004年，台湾学者叶均蔚首先突破传统合金“基底元素”设计理念，提出了新的合金设计理念，即多主元合金，该合金由5种及5种以上元素组成，每种元素占5-35％。由于该合金元素种类多，并且元素含量平均，因此该合金具有较大的混合熵，因此，又称高熵合金。高熵合金一般倾向于形成简单的体心立方(BCC)或者面心立方(FCC)固溶体结构。高熵合金这种特殊的结构避免了金属间化合物及非晶合金的脆性，使得其具有优良的力学性能。

已有的研究发现，BCC结构高熵合金具有超高的强度即使在高温条件下，但是，其在室温条件下塑性变形能力差。例如：TaNbWMoV高熵合金，其室温强度可达1.246GPa；TaNbWMo高熵合金，其室温强度可达1.058GPa；NbCrMo_0.5Ta_0.5TiZr高熵合金，其室温强度可达1.595GPa。但是，上述高熵合金在室温下的压缩塑性均不超过10％，极大地限制了此类高熵合金的加工与应用。

发明内容

本发明弥补了现有技术存在的不足，提供了一种室温大塑性的四元难熔高熵合金及其制备方法，该四元难熔高熵合金兼具高强度、大塑性的特点，从而使得其具有较大的应用潜力。

本发明采用如下技术方案：

一种室温大塑性的四元难熔高熵合金，所述四元难熔高熵合金成分为Hf_aTi_bNb_cX_d，其中a，b，c和d分别对应各元素的摩尔配比，a＝10-30at％，b＝20-40at％，c＝20-40at％，d＝10-30at％，X为Ta或V。

在上述技术方案中，所述四元难熔高熵合金中铪、钛、铌、钽和钒的纯度均≥99.9％。

进一步地，在上述技术方案中，所述四元难熔高熵合金中铪、钛、铌、钽和钒具有相同的晶体结构。

具体地，在上述技术方案中，所述四元难熔高熵合金为Hf_aTi_bNb_cV_d，其中a＝10at％，b＝40at％，c＝40at％，d＝10at％。

具体地，在上述技术方案中，所述四元难熔高熵合金为Hf_aTi_bNb_cV_d，其中a＝13at％，b＝37at％，c＝37at％，d＝13at％。