[发明专利]纳米级硅化物和Laves相增强难熔高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米级硅化物和Laves相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Nb、Ti、Ta、Cr、Al、V、Si、Mo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相和Laves相。该合金的密度≤8g/cm³，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850MPa以上，并且断裂延伸率在10％以上。同时在高温下，该合金具有良好的抗氧化性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米级硅化物和Laves相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

高熵合金是由多种金属元素按照等原子比或接近等原子比形成的全新合金材料。不同于传统合金的设计理念，高熵合金通过多组元混合设计，实现了以热力学“熵”为合金组织结构的主要控制因素。这样不仅使得高熵合金具有高强度、高硬度及耐腐蚀性能重要性能，还由于灵活多变的合金组元成分比例调控而表现出迥然不同的性能特点。难熔高熵合金(RHEAS)是由W、Mo、Nb、Ta、V、Ti、Zr、Hf等难熔金属元素组成的多组分合金。由于高熔点和固溶强化的特点，许多难熔高熵合金在高温下表现出了显著优异的高温强度，有望成为新一代的高温合金。

但密度高、塑性差、高温抗氧化性差等问题严重限制了高熵合金的应用。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降低合金的塑性变形能力。因此，难熔高熵合金目前尚未有同时兼具低密度、抗氧化性、强塑性匹配的合金，这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的以上缺点，提供了一种纳米级硅化物和Laves相增强难熔高熵合金材料及其制备方法，通过成分调控，显著降低了合金密度，提高了合金基体在高温下的抗氧化能力，通过后续加工工艺引入硅化物和Laves相的纳米级颗粒，同时保证了较高的强度和塑性。

发明内容

本发明的目的在于解决难熔高熵合金密度大，不能同时兼顾强塑性和高温抗氧化性的问题，提供了一种纳米级硅化物和Laves相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。

一种纳米级硅化物和Laves相增强难熔高熵合金，包括Nb、Ti、Ta、Cr、Al、V、Si、Mo等八种元素组成NbTiTaCrAlVSiMo系合金，各元素的原子百分比范围分别为：30％≤Nb≤50％，25％≤Ti≤35％，0＜Ta≤20％，5％≤Al+Cr≤15％，0＜Si≤5％、0＜V+Mo≤10％。在铸态条件下NbTiTaCrAlVSiMo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相和Laves相组成。

合金成分设计依据原则如下：合金基体的相形成主要由混合熵(ΔS_mix)，混合焓(ΔH_mix)，原子尺寸差(δ)以及价电子浓度(Valence electronic concentration，VEC)决定的，通过这些参数可以为高熵合金的相形成提供判断依据。这些参数的表示如下：

VEC＝∑c_iVEC_i