CN110699587A - 一种轻质高强高韧NbTiVZrAlx铸态高熵合金 - Google Patents

一种轻质高强高韧NbTiVZrAlx铸态高熵合金 Download PDF

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陆永发
许金亮
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Abstract

本发明公开了一种轻质高强高韧NbTiVZrAlx铸态高熵合金，所述轻质高强高韧NbTiVZrAlx铸态高熵合金，其中Nb：Ti：V：Zr：Al的摩尔比依次为：1.0：1.0：1.0：1.0：0.1~0.4。本发明所述高熵合金组织均匀，主相为BCC结构，其屈服强度为1177MPa～1367MPa，抗压强度为1452MPa～1667MPa，断裂应变18%～27%，密度为6.12g•cm‑3～6.35g•cm‑3，表现出优异的综合力学性能，具有较高的强度和可观的塑性，应用前景广阔。

Description

一种轻质高强高韧NbTiVZrAlx铸态高熵合金
技术领域
本发明涉及金属材料及其制备领域，提供了一种轻质高强高韧NbTiVZrAlx铸态高熵合金。
背景技术
高熵合金是一种超级固溶体合金，一般由五种及以上金属或非金属元素以等比或近等原子比的方式组合而成。为了突破研究的限制，学者们将高熵合金的定义扩延到合金内每种主元在体系中所占比例可以在5at.%-35at.%之间。区别于传统合金，高熵合金中的任何一种元素都不能作为合金体系的主导元素，整个合金的特性是多种元素共同作用的结果；传统合金设计理念认为，合金组元数越多，越容易形成脆性金属间化合物等复杂相，对合金性能不利，限制合金的运用，而大量实验表明，由于混合熵较高，高熵合金更容易形成简单固溶体相；高熵合金的晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及“鸡尾酒”效应使得合金表现出优异的力学性能、良好的耐磨性、耐高温氧化、抗高温蠕变、耐腐蚀、磁电性能良好、高电阻率等。综合以上，高熵合金拥有较好的研究前景，同时灵活的设计思路也大大扩宽了工程材料的研究领域。
Nb-Ti-V-Zr-Al是俄罗斯Stepanov N D等人提出的一种新型轻质高熵合金体系，旨在兼顾高熵合金优异力学性能的同时，降低其密度，使它们能够被运用到更广泛的领域。Stepanov N D等人将Al元素引入NbTiVZr高熵合金中，设计出AlxNbTiVZr (x=0,0.5,1.0,1.5)高熵合金体系，合金熔炼后经均匀化退火热处理，其中无Al添加的NbTiVZr合金为单相BCC结构，含Al系AlxNbTiVZr (x=0.5,1.0,1.5)合金为BCC+C14+Zr2Al多相结构，NbTiVZr的断裂强度为1470MPa，塑性应变为4.2%；Al0.5NbTiVZr的断裂强度为1100MPa，塑性应变为4%；Al1.5NbTiVZr的断裂强度为1310MPa，塑性应变为0，完全丧失塑性【Stepanov N D,Yurchenko N Y, Shaysultanov D G, et al. Effect of Al on structure andmechanical properties of AlxNbTiVZr(x=0,0.5,1,1.5) high entropy alloys[J].Materials Science and Technology, 2015, 31(10): 1184-1193.】。
综上，尽管目前所开发的Nb-Ti-V-Zr-Al系高熵合金室温强度较好，但塑韧性较差，塑性成形困难，极大限制了它们作为高强结构材料的实际应用。
发明内容
针对现有Nb-Ti-V-Zr-Al轻质高熵合金室温下存在强度和塑性配合较差的问题，本发明的目的在于提供一种轻质高强高韧NbTiVZrAlx铸态高熵合金及其制备方法。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案：
一种NbTiVZrAlx铸态高熵合金，其中，Nb：Ti：V：Zr：Al的原子比分别为1.0：1.0：1.0：1.0：0.1~0.4。
进一步的，当Nb：Ti：V：Zr：Al的原子比分别为1.0：1.0：1.0：1.0：0.1~0.3时，该合金为单相BCC结构。
进一步的，当Nb：Ti：V：Zr：Al的原子比分别为1.0：1.0：1.0：1.0：0.4时，该合金以BCC相为主相，以Al2Zr相为辅相。
上述NbTiVZrAlx铸态高熵合金的制备方法，包括：
步骤一，选用Nb、Ti、V、Zr、Al五种元素作为原料进行配料；
步骤二，去除原料金属Nb、Ti、V、Zr、Al的表面氧化皮，并清洗烘干备用；
步骤三，经熔炼得到所述的NbTiVZrAlx铸态高熵合金。
进一步的，步骤一中，金属原料纯度均高于99.0wt.%。
进一步的，步骤三中，采用能量束熔炼技术或感应熔炼技术熔炼得到所述的NbTiVZrAlx铸态高熵合金。
上述NbTiVZrAlx铸态高熵合金作为轻质或/和高强结构材料的应用。
进一步，所述的轻质结构材料为不大于7g/cm3的材料。
进一步，所述的高强结构材料为强度大于1000MPa的材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种NbTiVZrAlx铸态高熵合金，所述高熵合金组织均匀，其屈服强度为1177MPa～1367MPa，抗压强度为1452MPa～1667MPa，断裂应变18%～27%，密度为6.12g•cm-3～6.35g•cm-3；当所述高熵合金中，Nb：Ti：V：Zr：Al的摩尔比依次为：1.0：1.0：1.0：1.0：0.3时，所述高熵合金的屈服强度为1367MPa，抗压强度为1667 MPa，断裂应变为19.29%，表现出优异的综合力学性能，具有较高的强度和可观的塑性，应用前景广阔。
附图说明
图1为NbTiVZrAlx铸态高熵合金的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为NbTiVZrAlx铸态高熵合金的室温准静态压缩工程应力-应变曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明：
实施例一
一种轻质高强高韧NbTiVZrAl0.1铸态高熵合金
步骤1、选用Nb、Ti、V、Zr、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度高于99.0wt.%。
步骤2、所述合金的Nb：Ti：V：Zr：Al的摩尔比依次为1.0：1.0：1.0：1.0：0.1，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化成各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Nb)= 32.52%、wt(Ti)= 16.77%、wt(V)= 17.85%、wt(Zr)= 31.92%和wt(Al)= 0.95%,并以制备合金总质量进行各元素配料。
步骤3、利用机械和化学相结合的方法去除原料金属Nb、Ti、V、Zr、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用，即利用砂纸打磨去除原料金属Nb、Ti、V、Zr、Al的表面氧化皮，并利用有机溶液超声清洗，随后烘干备用。
步骤4、将所有金属原料以熔点由低到高放置于水冷铜坩埚中。
步骤5、关闭炉门，用真空泵和分子泵将炉内真空抽至第一预设值，随即充入高纯氩气作为保护气体至第二预设值，
步骤6、在高纯氩气氛围下引弧熔炼，为尽量降低合金的氧化，正式熔炼前，在炉内预熔炼高纯钛以降低炉内残余氧气。正式熔炼时选取适当电流强度同时开启磁力搅拌并小幅度摇动钨极棒，单次熔炼时间控制在2分钟以上，合金反复熔炼直至均匀。
图1中Al0.1即为实施例NbTiVZrAl0.1铸态高熵合金的XRD图谱，由图中看出该合金为单相BCC结构；根据GB/T 7314-2017 金属材料室温压缩试验方法的相关要求，实施室温压缩实验，实验压缩加载速率为0.36mm/min，图2中Al0.1曲线即为实施例NbTiVZrAl0.1高熵合金的室温压缩工程应力应变曲线，该合金的屈服强度为1177MPa，抗压强度为1452MPa，断裂应变为26.8%，密度为6.35g•cm-3。
实施例二
一种轻质高强高韧NbTiVZrAl0.2铸态高熵合金
步骤1、选用Nb、Ti、V、Zr、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度高于99.0wt.%。
步骤2、所述合金的Nb：Ti：V：Zr：Al的摩尔比依次为1.0：1.0：1.0：1.0：0.2，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化成各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Nb)= 32.21%、wt(Ti)= 16.61%、wt(V)= 17.68%、wt(Zr)= 31.62%和wt(Al)= 1.87%,并以制备合金总质量对各元素配料。
步骤3、利用机械和化学相结合的方法去除原料金属Nb、Ti、V、Zr、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用。
步骤4、将所有金属原料以熔点由低到高放置于水冷铜坩埚中。
步骤5、关闭炉门，用真空泵和分子泵将炉内真空抽至第一预设值，随即充入高纯氩气作为保护气体至第二预设值，
步骤6、在高纯氩气氛围下引弧熔炼，为尽量降低合金的氧化，正式熔炼前，在炉内预熔炼高纯钛以降低炉内残余氧气。正式熔炼时选取适当电流强度同时开启磁力搅拌并小幅度摇动钨极棒，单次熔炼时间控制在2分钟以上，合金反复熔炼直至均匀。
图1中Al0.2即为实施例NbTiVZrAl0.2铸态高熵合金的XRD图谱，由图中看出该合金为单相BCC结构；根据GB/T 7314-2017 金属材料室温压缩试验方法的相关要求，实施室温压缩实验，实验压缩加载速率为0.36mm/min，图2中Al0.2曲线即为实施例NbTiVZrAl0.2高熵合金的室温压缩工程应力应变曲线，该合金的屈服强度为1242MPa，抗压强度为1585MPa，断裂应变为20.04%，密度为6.28g•cm-3。
实施例三
一种轻质高强高韧NbTiVZrAl0.3铸态高熵合金
步骤1、选用Nb、Ti、V、Zr、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度高于99.0wt.%。
步骤2、所述合金的Nb：Ti：V：Zr：Al的摩尔比依次为1.0：1.0：1.0：1.0：0.3，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化成各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Nb)= 31.91%、wt(Ti)= 16.45%、wt(V)= 17.52%、wt(Zr)= 31.33%和wt(Al)= 2.78%,并以制备合金总质量进行各元素配料。
步骤3、利用机械和化学相结合的方法去除原料金属Nb、Ti、V、Zr、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用。
步骤4、将所有金属原料以熔点由低到高放置于水冷铜坩埚中。
步骤5、关闭炉门，用真空泵和分子泵将炉内真空抽至第一预设值，随即充入高纯氩气作为保护气体至第二预设值，
步骤6、在高纯氩气氛围下引弧熔炼，为尽量降低合金的氧化，正式熔炼前，在炉内预熔炼高纯钛以降低炉内残余氧气。正式熔炼时选取适当电流强度同时开启磁力搅拌并小幅度摇动钨极棒，单次熔炼时间控制在2分钟以上，合金反复熔炼直至均匀。
图1中Al0.3即为实施例NbTiVZrAl0.3铸态高熵合金的XRD图谱，由图中看出该合金为BCC结构；根据GB/T 7314-2017 金属材料室温压缩试验方法的相关要求，实施室温压缩实验，实验压缩加载速率为0.36mm/min，图2中Al0.3曲线即为实施例NbTiVZrAl0.3高熵合金的的室温压缩工程应力应变曲线，该合金的屈服强度为1367MPa，抗压强度为1667MPa，断裂应变为19.29%，密度为6.25g•cm-3。
实施例四
一种轻质高强高韧NbTiVZrAl0.4铸态高熵合金
步骤1、选用Nb、Ti、V、Zr、Al五种元素的金属颗粒作为原料，所有金属原料纯度高于99.0wt.%。
步骤2、所述合金的Nb：Ti：V：Zr：Al的摩尔比依次为1.0：1.0：1.0：1.0：0.4，根据高熵合金的命名特点，将各元素的原子摩尔比转化成各元素质量占合金总质量的百分数分别为wt(Nb)= 31.62%、wt(Ti)= 16.30%、wt(V)= 17.36%、wt(Zr)= 31.04%和wt(Al)= 3.68%,并以制备合金总质量进行各元素配料。
步骤3、利用机械和化学相结合的方法去除原料金属Nb、Ti、V、Zr、Al的表面氧化皮，并清洗，烘干备用。
步骤4、将所有金属原料以熔点由低到高放置于水冷铜坩埚中。
步骤5、关闭炉门，用真空泵和分子泵将炉内真空抽至第一预设值，随即充入高纯氩气作为保护气体至第二预设值，
步骤6、在高纯氩气氛围下引弧熔炼，为尽量降低合金的氧化，正式熔炼前，在炉内预熔炼高纯钛以降低炉内残余氧气。正式熔炼时选取适当电流强度同时开启磁力搅拌并小幅度摇动钨极棒，单次熔炼时间控制在2分钟以上，合金反复熔炼直至均匀。
图1中Al0.4即为实施例NbTiVZrAl0.4铸态高熵合金的XRD图谱，由图中看出该合金由BCC相+Al2Zr第二相组成；根据GB/T 7314-2017 金属材料室温压缩试验方法的相关要求，实施室温压缩实验，实验压缩加载速率为0.36mm/min，图2中Al0.4曲线即为实施例NbTiVZrAl0.4高熵合金的室温压缩工程应力应变曲线，该合金的屈服强度为1298MPa，抗压强度为1590MPa，断裂应变为18.08%，密度为6.12g•cm-3。
上述仅为本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

Claims (10)

1.一种NbTiVZrAlx铸态高熵合金，其特征在于，其中，Nb：Ti：V：Zr：Al的原子比分别为1.0：1.0：1.0：1.0：0.1~0.4。
2.如权利要求1所述的铸态高熵合金，其特征在于，当Nb：Ti：V：Zr：Al的原子比分别为1.0：1.0：1.0：1.0：0.1~0.3时，该合金为单相BCC结构。
3.如权利要求1所述的铸态高熵合金，其特征在于，当Nb：Ti：V：Zr：Al的原子比分别为1.0：1.0：1.0：1.0：0.4时，该合金以BCC相为主相，以Al2Zr相为辅相。
4.如权利要求1-3任一所述的铸态高熵合金，其特征在于，所述铸态高熵合金的屈服强度为1177MPa～1367MPa，抗压强度为1452MPa～1667MPa，断裂应变18%～27%，密度为6.12g•cm-3～6.35g•cm-3。
5.如权利要求1-4任一所述的NbTiVZrAlx铸态高熵合金的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一，选用Nb、Ti、V、Zr、Al五种元素作为原料进行配料；
步骤二，去除原料金属Nb、Ti、V、Zr、Al的表面氧化皮，并清洗干燥；
步骤三，经熔炼得到所述的NbTiVZrAlx铸态高熵合金。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤一中，金属原料纯度均高于99.0wt.%。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三中，采用能量束熔炼技术或感应熔炼技术熔炼得到所述的NbTiVZrAlx铸态高熵合金。
8.如权利要求1-4任一所述的NbTiVZrAlx铸态高熵合金作为轻质或/和高强结构材料的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的轻质结构材料为不大于7g/cm3的材料。
10.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的高强结构材料为强度大于1000 MPa的材料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111636026A (zh) * 2020-06-11 2020-09-08 华中科技大学 一种高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法
CN113151725A (zh) * 2020-12-02 2021-07-23 西北工业大学 一种增强难熔高熵合金耐磨性的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160326616A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-10 Seoul National University R&Db Foundation Entropy-controlled bcc alloy having strong resistance to high-temperature neutron radiation damage
CN107267842A (zh) * 2017-06-26 2017-10-20 北京理工大学 一种高熔点高熵合金及其制备方法
CN108517451A (zh) * 2018-05-03 2018-09-11 河北工业大学 一种具有梯度晶粒结构的高强韧性高熵合金与制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160326616A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-10 Seoul National University R&Db Foundation Entropy-controlled bcc alloy having strong resistance to high-temperature neutron radiation damage
CN107267842A (zh) * 2017-06-26 2017-10-20 北京理工大学 一种高熔点高熵合金及其制备方法
CN108517451A (zh) * 2018-05-03 2018-09-11 河北工业大学 一种具有梯度晶粒结构的高强韧性高熵合金与制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
O.N. SENKOV ET AL.: ""Compositional effect on microstructure and properties of NbTiZr-based complex concentrated alloys"", 《ACTA MATERIALIA》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111636026A (zh) * 2020-06-11 2020-09-08 华中科技大学 一种高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法
CN111636026B (zh) * 2020-06-11 2021-10-15 华中科技大学 一种高铌低密度难熔多主元合金及其真空滴铸方法
CN113151725A (zh) * 2020-12-02 2021-07-23 西北工业大学 一种增强难熔高熵合金耐磨性的方法

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