[发明专利]一种亚微米析出相ZrTiNbTaSn难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种亚微米析出相ZrTiNbTaSn难熔高熵合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。该难熔高熵合金的组成元素为Zr、Ti、Nb、Ta、Sn，各组分按原子百分比为：Zr 44‑48％，Ti 11‑15％，Nb 24‑28％，Ta8‑12％，Sn 2‑6％。该合金铸态下为单一的BCC结构，组织状态为树枝状，通过热处理可析出亚微米尺寸的析出相。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，特别涉及一种亚微米析出相ZrTiNbTaSn难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

创新冶金工艺的发展不可避免地需要与传统冶金技术有所突破。这意味着需要对材料的概念进行更新与调整，从而可以出现具有增强性能的新材料。在各种不同的探索方法中，“高熵合金”(HEA)引起了广泛的关注。

高熵合金具有与传统合金相同的强化方法：析出强化、固溶强化、细晶强化和位错强化。难熔高熵合金具有典型的体心立方结构(BCC)，这种晶体结构在热处理过程中不发生相变，通常情况下为单一的晶体结构，相的稳定性较高，很难形成析出相。难熔高熵合金通常以其他的强化方式实现性能的提高。因此，对于亚微米-纳米级析出相高熵合金的制备与实现还需大量的工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种亚微米析出相ZrTiNbTaSn难熔高熵合金及其制备方法，该难熔高熵合金具有亚微米尺度的析出相。

本发明技术方案如下：

一种亚微米析出相ZrTiNbTaSn难熔高熵合金，其特征在于：所述ZrTiNbTaSn难熔高熵合金的组成元素为Zr、Ti、Nb、Ta、Sn，各组分按原子百分比为：Zr 44-48％，Ti 11-15％，Nb 24-28％，Ta 8-12％，Sn 2-6％。

该合金铸态下为单一的BCC结构(室温下)，组织状态为树枝状。在一定的热处理工艺后(1180～1220℃下进行热处理，时间1420～1460min，炉冷)，可析出大量的亚微米相，析出相的尺寸为263.3±50.7nm。

本发明所述难熔高熵合金中组成元素锆、钛、铌、钽和锡的纯度≥99.9％。

本发明所述亚微米析出相ZrTiNbTaSn难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将原料的化学成分的原子百分比转换成质量百分比，按照质量百分比进行配料；

2)将原料锆、钛和锡按照熔点低在下熔点高在上的顺序放在真空电弧炉的铜坩埚中；将铌和钽按照熔点低在下熔点高在上的顺序放在真空电弧炉的其他铜坩埚中；在剩余的铜坩埚中放入海绵钛；抽真空后充入氩气；

3)将ZrTiNbTaSn难熔高熵合金铸锭在1200±20℃下进行热处理，时间1440±20min，炉冷。

作为优选的技术方案：

步骤1)中，原料Zr为海绵锆，Ti为海绵钛，Nb为铌屑，Ta和Sn为颗粒状；原料的质量控制在小数点后三位，为保证原料的纯净，先在丙酮中超声清洗20min，然后在酒精中超声清洗20min。

步骤2)中，真空炉真空度在3.5×10^-3Pa后，充入-0.08MPa的高纯氩气，引弧熔炼ZrTiNbTaSn难熔高熵合金；首先要熔炼Zr-Ti-Sn和Nb-Ta的中间合金；然后将中间合金熔炼在一起。在熔炼过程中开磁搅拌，合金锭至少熔炼7次。

步骤3)中，铸锭合金热处理时，先用石英玻璃管进行真空封装，防止氧化。首先以10℃/min的速度加热到1000℃，然后以5℃/min的速度加热到1200℃进行热处理，炉冷。

与现有技术相比，本发明优点在于：