[发明专利]一种增强难熔高熵合金耐磨性的方法

说明书

本发明公开了一种增强难熔高熵合金耐磨性的方法，属于耐磨合金材料技术领域，所述合金成分为TiZrV_0.5Nb_0.5Al_x，其中x＝0.25～0.75，制备方法包括：用真空电弧熔炼炉将经过配比称量、超声清洗后的金属单质Ti、Zr、V、Nb、Al混合熔炼得到TiZrV_0.5Nb_0.5Al_x难熔高熵合金锭；使用翻转浇铸设备将合金溶液浇铸进板状水冷铜模中得到板状合金；将浇铸得到的板状合金放入热处理炉内通入惰性保护气，在1100℃条件下均匀化退火处理；Al元素的加入一方面降低了难熔高熵合金的密度，另一方面促使金属间化合物析出，显著提高了难熔高熵合金的硬度与耐磨性。

技术领域

本发明属于耐磨合金材料技术领域，具体涉及一种增强难熔高熵合金耐磨性的方法。

背景技术

高熵合金是由我国台湾科学家叶钧蔚教授提出的一种由多种等原子比或近等原子比的元素混合而成的多主元合金。由于高熵合金具有非常高的混合熵，它会抑制金属间化合物和其他复杂有序相的形成，倾向于形成简单固溶相且在高温下具有良好的相稳定性，这种独特的晶体结构使得高熵合金具有许多优异性能。此外，高熵合金具有的“鸡尾酒效应”，使得高熵合金在性能微调方面具有很大的优势：如在合金中增加抗氧化的元素，如铝，合金的抗氧化能力就会提高；如果在合金中加入高熔点元素，合金的熔点和工作温度就会提高。难熔高熵合金就是以难熔元素，如铪、钒、铌、钽为基础的高熵合金。它独特的体心立方晶体结构以及高的熔点使得它拥有优异的结构稳定性以及高温力学性能，使得难熔高熵合金在航空航天、军工、核能等领域有着巨大的应用潜力。

摩擦磨损一直伴随着人类的生产生活，在工业领域中的摩擦过程消耗的能量约占世界工业能耗中的30％，摩擦磨损造成了大量的能源消耗和经济损失。航空航天以及核能领域的材料服役环境大多是高载、高压、高温等环境，这对合金的耐磨性、高温力学性能和抗氧化性能有着非常严苛的要求。虽然难熔高熵合金具有优异的结构稳定性及高温力学性能，但是研究表明其较差的摩擦磨损以及高温抗氧化性等问题极大限制着难熔高熵合金在航空航天、核能等领域中的发展与应用。同时，当前的难熔高熵合金所使用的元素大多是高成本以及高密度的合金元素，限制了难熔高熵合金的应用。因此，寻求一种具有低密度、优异摩擦磨损性能以及高温抗氧化性能的难熔高熵合金迫在眉睫。

发明内容

本发明提供了一种增强难熔高熵合金耐磨性的方法，通过向TiZrV_0.5Nb_0.5合金中加入Al元素降低难熔高熵合金的密度，同时具有耐高温、抗氧化的金属间化合物相的析出提高了难熔高熵合金的硬度以及耐磨性，并且，随着Al含量的增加，合金的密度降低，硬度以及耐磨性增加。合金的制备方法简单且易于操作，制备出来的难熔高尚合金拥有优异的性能，在航空航天领域具有良好的应用前景。

具体可通过如下技术方案实现：

本发明的第一个目的是提供一种耐磨难熔高熵合金，所述合金成分为TiZrV_0.5Nb_0.5Al_x，其中x＝0.25～0.75。

本发明的第二个目的是提供一种增强难熔高熵合金耐磨性的方法，包括以下步骤：

S1、合金熔炼

清洗Ti、Zr、V、Nb和Al单质原料；按照摩尔比为1：1：0.5：0.5：x的比例分别称取Ti、Zr、V、Nb和Al单质；x＝0.25～0.75；

将称取的各单质原料混合后放入真空电弧熔炼炉的铜模坩埚内，抽真空、除氧气、充入惰性气体后进行熔炼，制备TiZrV_0.5Nb_0.5Al_x的纽扣状铸锭；

S2、翻转浇铸