[发明专利]纳米硅化物增强难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米硅化物增强难熔高熵合金材料及其制备方法，属于高熵合金领域。该新型合金由V、Nb、Ti、Ta、Si等元素构成，铸态条件下该合金为单相BCC结构，通过冷变形及后续的热处理方法对该合金进行处理，获得具有大量弥散分布的纳米级M5Si3型析出相。该合金兼具高的拉伸屈服强度和断裂延伸率，具有优异的力学性能。其屈服强度可以达到1.1GPa以上，并且断裂延伸率在20％以上。同时在高温下，该合金具有良好的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米硅化物增强难熔高熵合金材料及其制备方法，属于高熵合金领域。

背景技术

高熵合金指的是一种具有多种主元的特殊合金。相比于传统合金，其独特的组成及结构使其具有优异的力学性能，并有望在航空航天、汽车等领域获得应用。因而，在最近十几年来在金属研究者中引起了广泛的关注。2010年，美国学者Senkov将高熵合金的概念和难熔元素结合起来，提出了难熔高熵合金(Refractory high-entropy alloys,RHEAs)。WNbMoTa、WNbMoTaV等难熔高熵合金也表现出了超高的高温强度，同时其相较传统高温合金更高的熔点使其有望在更高的温度下应用，成为新一代高温合金。

然而，密度较高、塑性较差、抗氧化性等问题成为了阻碍难熔高熵合金应用的重要问题。一些塑性较好的的难熔高熵合金体系，例如HfNbTaTiZr等，具有单相结构，并在高温下表现出较低的强度。在韧性基体上加入Al、Cr、Si等元素会引入第二相，有效提高强度，以及提高高温抗氧化性。然而，第二相的分布和形貌会大大影响合金的塑性变形能力。因此，难熔高熵合金目前尚未有较好的强塑性匹配的合金，也成为了难熔高熵合金研究亟待解决的问题之一。本发明为了解决难熔高熵合金强塑性匹配较差的缺点，提供了一种纳米硅化物增强难熔高熵合金材料及其制备方法，通过引入原位自生纳米级硅化物颗粒，同时实现高的强度和塑性。

发明内容

本发明的目的在于解决难熔高熵合金塑性较差的问题，提供一种纳米硅化物增强难熔高熵合金材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现的。

一种纳米硅化物增强难熔高熵合金材料，包括V、Nb、Ti、Ta、Si五种元素组成VNbTiTaSi系合金，各元素的原子百分比范围为：20％≤V≤30％，20％≤Nb≤40％，20％≤Ti≤40％，0≤Ta≤30％，0≤Si≤2％。在铸态条件下VNbTiTaSi系合金表现为单相BCC结构。经过轧制及热处理后，合金由细晶组织的BCC相和纳米级的M5Si3相组成。

一种纳米硅化物增强难熔高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将铸态高熵合金切成长为lmm，宽为wmm，厚度为hmm的长条，然后利用冷轧机进行轧制，获得变形量为x。其中l≥5，w≥5，h≥5；50％≤x≤95％。

步骤二：将轧制后的高熵合金用充满氩气的石英管封好；

步骤三：将高熵合金在800℃～1000℃下等温加热0.5h～50h，之后水冷获得具有纳米M5Si3相的高强高韧难熔高熵合金。

有益效果

本发明的一种纳米硅化物增强难熔高熵合金材料，主要是利用V、Nb、Ti、Ta、Si五种元素构成，通过冷轧及后续热处理，获得具有细晶结构的BCC相基体及纳米级M5Si3硅化物。

TEM表明，处理后的VNbTiTaSi体系合金具有BCC相基体及纳米级M5Si3硅化物。

纳米硅化物增强的VNbTiTaSi体系合金具有良好的强塑性匹配，在室温下，其拉伸屈服强度可以达到1GPa以上，同时拉伸断裂延伸率达到20％，远优于其他难熔高熵合金体系。

附图说明