CN109778050A - 一种WVTaTiZr难熔高熵合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种WVTaTiZr难熔高熵合金及其制备方法，其中WVTaTiZr难熔高熵合金的组元为W、V、Ta、Ti、Zr，其中各组分按原子百分比构成为：W 20‑23％，V 20‑23％，Ta 20‑23％，Ti 20‑23％，Zr 8‑20％。本发明采用机械混粉的方法获得复合粉体，再通过放电等离子烧结制备出综合性能良好的WVTaTiZr单相难熔高熵合金材料，其组织均匀，硬度、强度等综合性能均得到提高。

Description

一种WVTaTiZr难熔高熵合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种难熔高熵合金及其制备方法，具体地说是一种WVTaTiZr难熔高熵合金及其制备方法。
背景技术
高熵合金是一种采用新的合金设计理念制备出的新型材料，由五个以上主要元素构成的合金体系，且每个主元的原子比介于5％到35％之间。高熵合金相比传统多元合金更不倾向于形成金属间化合物且更易形成简单的固溶体结构和纳米结构。高熵合金具有较高的强度，良好的耐磨性、高加工硬化，耐高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀和高电阻率等优异性能或这些优异特性的组合，这是传统多元合金所无法比拟的。目前，多主元高熵合金在多个领域得到应用，如可用作高速切削刀具、高尔夫球头打击面、油压气压杆、钢管及辊压筒的硬面、高频软磁薄膜等。高熵合金所表现出来的优异耐蚀性能，使其在化学工厂、船舶等领域的应用也具有一席之地。
真空熔炼法和电化学沉积法是大多数研究者制备高熵合金普遍所采用的方法。由于铸造过程中的热膨胀和冷凝易使铸态合金出现内应力大、成分偏析、空隙以及缩孔等性能上的缺陷，从而对高熵合金的性能造成一定的影响。而且真空熔炼难以熔炼高熔点的合金，熔炼过程复杂且耗时长，加之铸态高熵合金多数脆性较大，从而限制合金的进一步应用。然而，通过电化学沉积制备高熵合金薄膜材料对于基体表面上晶核生长和长大的速度不能控制，制得的化合物薄膜多为多晶态或非晶态，性能不高。
采用粉末冶金的方法可制取用普通冶炼方法难以制取的特殊材料，其中还包括低温度烧结、避免偏析等优点，且材料利用率较高，一般在90％以上。这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。放电等离子烧结(SPS)技术由于其快速烧结和致密化的特点，可以防止晶粒长大，并获得高密度和显微组织均匀的难熔高熵合金材料，制备过程简洁快捷。
发明内容
本发明旨在提供一种WVTaTiZr难熔高熵合金及其制备方法，通过放电等离子烧结制备WVTaTiZr单相难熔高熵合金材料，其组织均匀，硬度、强度等综合性能均得到提高。
放电等离子烧结(SPS)技术由于其快速烧结和致密化的特点，可以显著抑制晶粒粗化，并获得高密度和显微组织均匀的材料。本发明采用机械混粉的方法获得复合粉体，再通过放电等离子烧结制备出综合性能良好的WVTaTiZr单相难熔高熵合金材料。
本发明WVTaTiZr难熔高熵合金，组元为W、V、Ta、Ti、Zr，其中各组分按原子百分比构成为：W 20-23％，V 20-23％，Ta 20-23％，Ti 20-23％，Zr 8-20％。
本发明WVTaTiZr难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：混粉
将W、V、Ta、Ti、Zr五种金属粉按配比量置于滚筒式混合机中机械混合，得到W-V-Ta-Zr-Ti复合粉末；
原始粉末粒度为：W颗粒尺寸为2微米，V颗粒尺寸为25微米，Ta颗粒尺寸为25微米，Ti颗粒尺寸为2微米，Zr颗粒尺寸为28微米。(W熔点：3410℃；V熔点：1890℃、沸点：3000℃；Ta熔点：2996℃、沸点：5425℃、Ti:熔点：1668℃、沸点：3260℃；Zr:熔点：1852℃、沸点：4377℃。)
步骤2：烧结
将W-V-Ta-Ti-Zr复合粉末装入石墨模具，再将模具放入放电等离子烧结炉中，对烧结炉抽真空，随后以100℃/min升温至800℃保温10分钟，控制压强不超过25MPa；随后以100℃/min升温至1500℃保温4-5分钟，烧结中控制压强不超过50MPa，保温结束后以100℃/min降至室温，即得到WVTaTiZr难熔高熵合金。
本发明的有益效果体现在：
本发明采用放电等离子烧结(SPS)技术制备出WVTaTiZr单相难熔高熵合金，由于其快速烧结和致密化的特点，整个烧结过程控制在30min以内，操作简单耗时短。
本发明制备出的难熔高熵合金材料组织是单一的体心立方结构，金相组织均匀，相对密度达99.9％以上，显微硬度值543-670Hv，优于纯钨材料(显微硬度320-360Hv)。室温抗压强度1876-1975MPa，并且随着温度的升高，材料较高的强度并未发生显著降低。
附图说明
图1示出了本发明实施例3制备的W-V-Ta-Ti-Zr单相难熔高熵合金的X射线衍射图谱，表明本发明制备合金组织是体心立方单相。
图2示出了本发明实施例3制备的W-V-Ta-Ti-Zr单相难熔高熵合金的扫描电子显微镜图。
图3示出了本发明实施例3制备的W-V-Ta-Ti-Zr单相难熔高熵合金室温、400℃、600℃的压缩曲线。材料的强度得到显著提高，室温下压缩强度为1995MPa，断裂延伸率为8.3％。400℃下压缩强度为1502MPa，断裂延伸率为12.1％。600℃下压缩强度为1423MPa，断裂延伸率为11.9％。随着温度的升高，材料较高的强度并未发生显著降低。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1：
本实施例中W-V-Ta-Ti-Zr单相难熔高熵合金，成分组元为W、V、Ta、Ti、Zr，其中各组分按原子百分比构成为：W20％，V20％，Ta20％，Ti20％，Zr20％。
原始粉末粒度为：W颗粒尺寸为2微米，V颗粒尺寸为25微米，Ta颗粒尺寸为25微米，Ti颗粒尺寸为2微米，Zr颗粒尺寸为28微米。
本实施例中W0.2V0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2单相难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：混粉
将W、V、Ta、Ti、Zr五种金属粉按照一定比例置于滚筒式混合机中机械混合得到W-V-Ta-Zr-Ti复合粉末；
步骤2：烧结
将W-V-Ta-Ti-Zr复合粉体装入石墨模具，再将模具放入放电等离子烧结炉中，对烧结炉抽真空，随后以100℃/min升温至800℃保温10分钟，控制压强不超过25MPa；随后以100℃/min升温至1500℃保温4～5分钟，烧结中控制压强不超过50MPa，保温结束后降至室温，保温结束后以100℃/min降至室温，即得到W0.2V0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2单相难熔高熵合金材料。
烧结后高熵合金的晶体结构是单一的体心立方结构，组织较均匀，相对密度可达理论密度的99.6％以上，从而提高了硬度及强度。硬度均值543Hv，优于纯钨材料(显微硬度320～360Hv).材料的强度得到显著提高，室温下压缩强度为1876MPa，断裂延伸率为8.1％。400℃下压缩强度为1438MPa，断裂延伸率为10.2％。600℃下压缩强度为1383MPa，断裂延伸率为11.5％。随着温度的升高，材料较高的强度并未发生显著降低。
实施例2：
本实施例中W-V-Ta-Ti-Zr单相难熔高熵合金，成分组元为W、V、Ta、Ti、Zr，其中各组分按原子百分比构成为：W22.5％，V22.5％，Ta22.5％，Ti22.5％，Zr10％。
原始粉末粒度为：W颗粒尺寸为2微米，V颗粒尺寸为25微米，Ta颗粒尺寸为25微米，Ti颗粒尺寸为2微米，Zr颗粒尺寸为28微米。
本实施例中W0.225V0.225Ta0.225Ti0.225Zr0.1单相难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：混粉
将W、V、Ta、Ti、Zr五种金属粉按照一定比例置于滚筒式混合机中机械混合得到W-V-Ta-Zr-Ti复合粉末；
步骤2：烧结
将W-V-Ta-Ti-Zr复合粉体装入石墨模具，再将模具放入放电等离子烧结炉中，对烧结炉抽真空，随后以100℃/min升温至800℃保温10分钟，控制压强不超过25MPa；随后以100℃/min升温至1500℃保温4～5分钟，烧结中控制压强不超过50MPa，保温结束后降至室温，保温结束后以100℃/min降至室温，即得到W0.225V0.225Ta0.225Ti0.225Zr0.1单相难熔高熵合金材料。、
烧结后高熵合金的晶体结构是单一的体心立方结构，组织均匀，无明显气孔及杂质，相对密度可达理论密度的99.9％以上，从而提高了硬度及强度。硬度均值627Hv，优于纯钨材料(显微硬度320～360Hv).材料的强度得到显著提高，室温下压缩强度为1977MPa，断裂延伸率为8.8％。400℃下压缩强度为1456MPa，断裂延伸率为11.7％。600℃下压缩强度为1423MPa，断裂延伸率为12.3％。随着温度的升高，合金材料较高的强度并未发生显著降低。
实施例3：
本实施例中W-V-Ta-Ti-Zr单相难熔高熵合金，成分组元为W、V、Ta、Ti、Zr，其中各组分按原子百分比构成为：W23％，V23％，Ta23％，Ti23％，Zr8％。
原始粉末粒度为：W颗粒尺寸为2微米，V颗粒尺寸为25微米，Ta颗粒尺寸为25微米，Ti颗粒尺寸为2微米，Zr颗粒尺寸为28微米。
本实施例中W0.23V0.23Ta0.23Ti0.23Zr0.08单相难熔高熵合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：混粉
将W、V、Ta、Ti、Zr五种金属粉按照一定比例置于滚筒式混合机中机械混合得到W-V-Ta-Zr-Ti复合粉末；
步骤2：烧结
将W-V-Ta-Ti-Zr复合粉体装入石墨模具，再将模具放入放电等离子烧结炉中，对烧结炉抽真空，随后以100℃/min升温至800℃保温10分钟，控制压强不超过25MPa；随后以100℃/min升温至1500℃保温4～5分钟，烧结中控制压强不超过50MPa，保温结束后降至室温，保温结束后以100℃/min降至室温，即得到W0.23V0.23Ta0.23Ti0.23Zr0.08单相难熔高熵合金材料。
烧结后高熵合金的晶体结构是单一的体心立方结构，组织均匀，无明显气孔及杂质，相对密度可达理论密度的99.9％以上，从而提高了硬度及强度。硬度均值670Hv，优于纯钨材料(显微硬度320～360Hv).材料的强度得到显著提高，室温下压缩强度为1995MPa，断裂延伸率为8.3％。400℃下压缩强度为1502MPa，断裂延伸率为12.1％。600℃下压缩强度为1423MPa，断裂延伸率为11.9％。随着温度的升高，材料较高的强度并未发生显著降低。

Claims (6)

1.一种WVTaTiZr难熔高熵合金，其特征在于：
所述WVTaTiZr难熔高熵合金的组元为W、V、Ta、Ti、Zr，其中各组分按原子百分比构成为：W 20-23％，V 20-23％，Ta 20-23％，Ti 20-23％，Zr 8-20％。
2.一种权利要求1所述的WVTaTiZr难熔高熵合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：混粉
将W、V、Ta、Ti、Zr五种金属粉按配比量置于滚筒式混合机中机械混合，得到W-V-Ta-Zr-Ti复合粉末；
步骤2：烧结
将W-V-Ta-Ti-Zr复合粉末装入石墨模具，再将模具放入放电等离子烧结炉中，对烧结炉抽真空，随后升温至800℃并保温10分钟；随后升温至1500℃并保温4-5分钟；保温结束后降至室温，即得到WVTaTiZr难熔高熵合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤1中，原始粉末粒度为：W颗粒尺寸为2微米，V颗粒尺寸为25微米，Ta颗粒尺寸为25微米，Ti颗粒尺寸为2微米，Zr颗粒尺寸为28微米。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，升温至800℃并保温的过程中控制压强≤25MPa。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤2中，升温至1500℃并保温的过程中控制压强≤50MPa。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110205506A (zh) * 2019-06-24 2019-09-06 北京理工大学 一种低活化多主元合金及其制备方法
CN110343932A (zh) * 2019-08-28 2019-10-18 合肥工业大学 一种具有高强度的WVTaZrSc难熔高熵合金及其制备方法
CN114058981A (zh) * 2021-11-05 2022-02-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种难熔高熵非晶合金材料及其制备方法和应用
CN114941099A (zh) * 2022-05-26 2022-08-26 合肥工业大学 一种高强度高硬度的W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105950944A (zh) * 2016-06-29 2016-09-21 华南理工大学 一种高熔点高熵合金NbMoTaWVTi及其制备方法
CN105950945A (zh) * 2016-06-29 2016-09-21 华南理工大学 一种高强度高熵合金NbMoTaWVCr及其制备方法
CN106001566A (zh) * 2016-06-29 2016-10-12 华南理工大学 一种高强度高熵合金NbMoTaWV及其制备方法
CN106167870A (zh) * 2016-06-29 2016-11-30 华南理工大学 一种NbMoTaW高熵合金及其制备方法
KR20170090280A (ko) * 2016-01-28 2017-08-07 한국과학기술원 텅스텐 합금 및 이의 제조방법
CN108546863A (zh) * 2018-05-11 2018-09-18 东南大学 一种多主元高温合金及其制备方法
CN108889954A (zh) * 2018-06-29 2018-11-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种难熔高熵合金粉末的制备方法
CN109108273A (zh) * 2018-10-11 2019-01-01 中国人民解放军国防科技大学 NbZrTiTa难熔高熵合金粉末制备方法及NbZrTiTa难熔高熵合金粉末

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170090280A (ko) * 2016-01-28 2017-08-07 한국과학기술원 텅스텐 합금 및 이의 제조방법
CN105950944A (zh) * 2016-06-29 2016-09-21 华南理工大学 一种高熔点高熵合金NbMoTaWVTi及其制备方法
CN105950945A (zh) * 2016-06-29 2016-09-21 华南理工大学 一种高强度高熵合金NbMoTaWVCr及其制备方法
CN106001566A (zh) * 2016-06-29 2016-10-12 华南理工大学 一种高强度高熵合金NbMoTaWV及其制备方法
CN106167870A (zh) * 2016-06-29 2016-11-30 华南理工大学 一种NbMoTaW高熵合金及其制备方法
CN108546863A (zh) * 2018-05-11 2018-09-18 东南大学 一种多主元高温合金及其制备方法
CN108889954A (zh) * 2018-06-29 2018-11-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种难熔高熵合金粉末的制备方法
CN109108273A (zh) * 2018-10-11 2019-01-01 中国人民解放军国防科技大学 NbZrTiTa难熔高熵合金粉末制备方法及NbZrTiTa难熔高熵合金粉末

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110205506A (zh) * 2019-06-24 2019-09-06 北京理工大学 一种低活化多主元合金及其制备方法
CN110205506B (zh) * 2019-06-24 2024-04-26 北京理工大学 一种低活化多主元合金及其制备方法
CN110343932A (zh) * 2019-08-28 2019-10-18 合肥工业大学 一种具有高强度的WVTaZrSc难熔高熵合金及其制备方法
CN114058981A (zh) * 2021-11-05 2022-02-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种难熔高熵非晶合金材料及其制备方法和应用
CN114941099A (zh) * 2022-05-26 2022-08-26 合肥工业大学 一种高强度高硬度的W-Ta-V-Zr系难熔高熵合金及其制备方法

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