[发明专利]一种晶粒细化的高活性高熵合金及其应用

说明书

本发明公开一种晶粒细化的高活性高熵合金及其应用，该高活性高熵合金包括活性元素，活性元素包括Ti、Zr、Nb和Ta元素；高活性高熵合金还包括与所述活性元素电负性有差异的金属元素或者非金属元素，所述金属元素为Ni，所述非金属元素为C、N和O中的一种；高活性高熵合金中各元素的摩尔比为Ti:Zr:Nb:Ta:X＝1：1：1：1：x，X表示所述金属元素或者非金属元素，x取值范围为[0.003～0.3]。本发明提供的高活性高熵合金引入金属元素或者非金属元素以在合金内形成纳米析出物使得合金在铸态下就具有细晶组织，使得该高活性高熵合金兼具高强度和良好塑性的同时还能够达到高的能量释放，可应用在释能结构材料中。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其是一种晶粒细化的高活性高熵合金及其应用。

背景技术

释能结构材料由于具有结构功能一体化的特点，因此发展释能结构材料成为实现武器高威力化的重要途径之一。与传统的惰性破片相比，释能结构材料不仅能在飞行和穿甲时进行承载和侵彻，更能在进入目标后因结构失稳而形成大面积碎片云，通过强烈化学反应引发高温和高压，进而对目标进行二次高效毁伤。

目前研究较多的释能结构材料包括金属/金属氧化物型、金属/卤族聚合物型和金属型三类。前两类结构释能材料虽然具有可观的能量释放但其较低的强度(不足100MPa)难以满足承载和侵彻需求。金属型释能结构材料虽然在强度上有了一定提升，但Al/Ni为代表的Al基合金的强度(370MPa)远低于战斗部壳体材料超高强度钢的强度(～1500MPa)，而非晶合金具有高强度的同时脆性也较大。因此，该两类金属型释能结构材料的承载和侵彻效果也有限。

由多种高燃烧热值元素组成的高熵合金，由于具有简单固溶体结构因而兼具高能量密度、高强度和良好塑性。但铸态高熵合金的晶粒尺寸通常在百微米级别，一方面由于晶界强化效应较弱其强度普遍相对较低；另一方面当在高速加载下发生沿晶断裂而破碎时，由于晶粒尺寸即为合金破碎极限，因此晶粒尺寸较粗的铸态合金能够通过氧化反应进行释能的反应面积相当有限，致使其能量释放相对较低。传统通过变形进行晶粒细化的方法会破坏合金的塑性，需要对合金进行复杂的热处理才能使合金恢复与铸态相当的塑性。因此，迫切需要发展一种铸态下具有细晶组织的高熵合金来满足结构释能材料兼具高强度、良好塑性和高效释能的需求。

发明内容

本发明提供一种晶粒细化的高活性高熵合金及其应用，用于克服现有技术中高熵合金不能兼具高强度、良好塑性和高效释能等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种晶粒细化的高活性高熵合金，所述高活性高熵合金包括活性元素，所述活性元素包括Ti、Zr、Nb和Ta元素；

所述高活性高熵合金还包括与所述活性元素电负性有明显差异的金属元素或者非金属元素，所述金属元素为Ni，所述非金属元素为C、N和O中的一种；

所述高活性高熵合金中各元素的摩尔比为Ti:Zr:Nb:Ta:X＝1：1：1：1：y，X表示所述金属元素或者非金属元素，y取值范围为[0.003～0.3]。

为实现上述目的，本发明还提出一种晶粒细化的高活性高熵合金的应用，将上述所述的高活性高熵合金应用在释能结构材料中。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的高活性高熵合金利用金属元素或者非金属元素与活性元素之间的电负性差异，形成高结合能(即高熔点和高强度)的纳米析出物，该纳米析出物对晶粒的长大起到钉扎作用，从而在合金中形成细晶组织。