[发明专利]兼具高强度和高弹性应变的TiHfFeNiNbx

说明书

一种兼具高强度和高弹性应变的TiHfFeNiNb_x定向凝固高熵合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。该定向凝固高熵合金的组成元素为Ti、Hf、Fe、Ni、Nb，各组分原子百分比为：30：10：10：30：x。定向凝固生长速度范围为0～180mm/h，定向凝固旋转速度范围为0～60rpm。该类合金在定向凝固后，合金横截面由烟花状的团簇组成，而纵截面却呈现出了不同的形貌特征，即呈现出了不同程度的方向性。合金的晶体结构为BCC+B2。合金的拉伸过程中，展现了高的弹性应变。

技术领域

本发明属于设计金属材料及其制备领域，具体涉及一种兼具高强度和高弹性应变的TiHfFeNiNb_x定向凝固高熵合金及其制备方法。

背景技术

定向凝固技术的要点在于材料的各种性能与显微组织的分布以及形貌有关，微观组织的形貌取决于凝固阶段中固液界面的温度梯度以及各元素之间的分配。因此，怎样调控凝固阶段中固液界面的传质和传热是定向凝固理论发展的重要研究方向。通过定向凝固技术调控凝固阶段热的传导方向从而调控微观组织的形貌及生长方式，从而达到微观组织朝着确定的方向排列，因此得到优异的物理性能和力学性能。而高熵合金是近些年提出的具有革命性的新概念。但将定向凝固制备技术应用于高熵合金的实例的研究却有限。

发明内容

本发明开发出了一种兼具高强度和高弹性应变的TiHfFeNiNb_x定向凝固高熵合金及其制备方法，这种定向凝固高熵合金高熵合金在定向凝固后，合金横截面由烟花状的团簇组成，而纵截面却呈现出了不同的形貌特征，即呈现出了不同程度的方向性，该合金具有双相(BCC+B2)结构。

本发明技术方案如下：

一种兼具高强度和高弹性应变的TiHfFeNiNb_x定向凝固高熵合金，其特征在于：该定向凝固高熵合金的原子百分比表达式为Ti₃₀Hf₁₀Fe₁₀Ni₃₀Nb_x，其中定向凝固高熵合金的成分中Nb的含量x取值范围为15～30。

所述合金组成元素钛、铌、铪、铁和镍的纯度均≥99.9％，且纯金属原材料均为块状或颗粒状。

本发明的另一目的是提供所述的TiNbHfFeNi定向凝固高熵合金的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1).按照所述高熵合金成分，将原子百分比换算成质量百分比称取配料；

步骤2).将所称取的原料一一去除表面的氧化皮，并用工业乙醇超声清洗；

步骤3).将处理好的原料根据熔点由低至高的顺序放在真空非自耗电弧炉的铜坩埚中；并在剩余的铜坩埚中放入海绵钛；

步骤4).将熔炼炉内的真空室抽至真空度为1×10^-3Pa～5×10^-3Pa后，向炉内充入-0.05～-0.1MPa的氩气，重复多次熔炼均匀后得到纽扣状铸锭；

步骤5).将纽扣状铸锭放入Edmund Buehler电弧炉中，熔炼后将液体翻转进铜模具中，获得的母棒；

步骤6).使用光学浮区炉，将母棒底部融化，凝固在同样成分的底座上，并将光聚焦点逐步上移，通过控制光聚焦点上移速度从而控制定向凝固的生长速度，生长速度范围为1～180mm/h，定向凝固过程中旋转速度范围为0～60rpm，通过定向凝固技术制备得到的高熵合金的弹性应变和强度得到大幅度的提高，且显微组织更加复杂。

作为优选的技术方案：

步骤1)中，原料Ti为海绵钛，Nb为铌颗粒，Hf为结晶铪，Fe为铁块，Ni为镍颗粒。

步骤4)中，重复多次熔炼均匀的过程中需开启磁搅拌，熔炼次数为4 次。