[发明专利]一种高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法

说明书

本发明属于金属材料相关技术领域，其公开了高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法，所述多主元合金的组成元素包括铌、铝、钛及钒，所述铌、所述铝、所述钛及所述钒的原子之比为(35～45)：(18.33～21.67)：(18.33～21.67)：(18.33～21.67)，且所述多主元合金的相结构为单一的BCC结构。该多主元合金的组成元素中，铌为主要难熔元素，并起主要作用，高铌含量使得合金具有难熔和高韧特性，适中的铝含量有利于保持良好的抗氧化性和低密度，适中的钛含量有利于保持良好的抗氧化性和一定的韧性；且采用滴铸方法，有效弥补了传统吸铸技术由于难熔多主元合金粘度较大而难以制备出一定尺寸小型铸锭的不足。

技术领域

本发明属于金属材料相关技术领域，更具体地，涉及一种高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法。

背景技术

多主元合金是近年来提出的一种新颖的合金设计理念，其理念扩展了传统合金的成分范围，极大地丰富了合金材料的种类，一般要求合金中每种元素所占摩尔百分数在5％以上。

多主元合金设计理念自提出以来，就引起了科学界的普遍关注及积极探索，学者们对多主元合金的研究表明，因为合金中金属元素种类多，元素的混乱度大，合金凝固后不仅不会像传统合金一样形成大量的金属间化合物，反而促进了元素间的混合，使得多主元合金形成简单相结构，如单相体心立方或者面心立方相，同时又抑制了脆性的金属间化合物的形成。易形成单一固溶体这一特征使得多主元合金表现出优异的性能，如(1)高硬度；(2)良好的耐腐蚀性；(3)良好的耐磨性；(4)良好的耐高温性；(5)高加工硬化能力。

为了充分发挥多主元合金的高温性能优势，以适应高温合金的发展需求，研究人员开始将目光转向了难熔多主元合金。难熔多主元合金通常是采用难熔金属元素，如第Ⅳ主族(Ti，Zr，Hf)，第Ⅴ主族(V，Nb，Ta)和第Ⅵ主族(Cr，Mo，W)的元素，并调整其元素比例，利用多主元合金化方法制备难熔多主元合金。难熔多主元合金往往具有高温稳定性，有望应用于航空航天、发电工业等高温领域中，以弥补传统高温合金使用温度已达到理论极限所带来的不足。然而，难熔多主元合金在拥有高温性能的同时，也存在着不足之处，主要有以下四点：

其一是室温塑性较差。大部分难熔多主元合金的室温压缩塑性应变小于5％，只有部分难熔多主元合金具有一定的室温压缩塑性。

其二是密度往往较大。部分难熔多主元合金的密度大于10g/cm³(如VNbTaMoW)，难以满足合金使用中轻量化的要求。

其三是抗氧化性较差。具有高塑性的部分难熔多主元合金往往含有很高含量的Ti、Zr、Hf等活性元素，如典型的Ti_1.5ZrHf_0.5Nb_0.5Ta_0.5，其中Ti含量高达37.5％，Zr含量达25％，导致抗氧化性很差。

其四是小型铸锭制备难度大。以电弧熔炼为例，难熔多主元合金中往往同时含有熔点很高的难熔元素和低沸点元素(如铝)，高温熔炼会使低沸点元素剧烈挥发。且难熔多主元合金粘度较大，采用传统吸铸技术制备一定尺寸的铸锭较为困难。

因此，相应地需要对难熔多主元合金及其熔铸方法进行更深入地探索和改进，从而获得高纯净小型铸锭和高纯净小型铸锭熔铸工艺，并实现推广应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法，其为了解决现有难熔多主元合金存在的密度大、室温塑形差及其小型铸锭(或者铸件)的制备难度大的问题，本发明采用先制备钛铝中间合金，再将中间合金与其它元素混合熔炼的方法，可以有效避免由于铝的沸点(2327℃)低于铌的熔点(2750℃)而造成熔炼过程中铝的剧烈挥发，保证成分的准确性；同时采用滴铸方法，有效弥补了传统吸铸技术由于难熔多主元合金粘度较大而难以制备出一定尺寸小型铸锭的不足，可以快速制备多种尺寸规格的高纯净小型铸锭(铸件)。