一种基于Nb优化的难熔高熵合金及其制备方法

本发明属于高熵合金，具体涉及一种基于nb优化的难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、难熔高熵合金因具有高熔点、高强度、良好的热稳定性以及优异的抗软化能力，在航空航天、先进核能及高温承载结构材料等领域具有重要应用前景。早期发展的第一代难熔高熵合金多由nb、mo、ta、w、v等高熔点元素构成，虽然表现出较高的强度和高温稳定性，但通常存在密度较高、室温塑性不足、加工成形困难和缺口敏感性较强等问题，限制了其进一步工程应用。因此，如何在保持较高强度的同时改善室温塑性，是难熔高熵合金成分设计中的关键问题。nb作为一种典型的难熔元素和β相稳定元素，具有熔点高、塑性相对较好、固溶能力强以及与多种难熔元素相容性好的特点。与mo、w等高密度或强脆化倾向元素相比，nb的引入有利于调控合金的相稳定性、降低局部晶格失配程度，并改善位错滑移和变形协调能力，从而为提高室温塑性提供有效途径。同时，nb仍可维持合金的难熔特征和较高强度水平，有助于实现强度与塑性的协同优化。然而，现有难熔高熵合金中nb含量对室温塑性及综合力学性能的调控作用仍未得到充分发挥。

2、因此，有必要通过合理调节nb元素含量，开发一种兼具高强塑性的难熔高熵合金，为高性能轻量化承载结构材料提供新的设计思路

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于nb优化的难熔高熵合金及其制备方法，以解决现有难熔高熵合金室温塑性不足以及强度与塑性难以兼顾的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种基于nb优化的难熔高熵合金，该难熔高熵合金的原子百分比表达式为：tiazrbnbcvdale，其中，17＜c＜40，a：b：d：e=3：1.5：0.8：0.25，且满足a+b+c+d+e=100。

4、所述难熔高熵合金均为单相bcc结构，表现为枝晶组织，存在元素偏析。

5、作为优选方案，所述基于nb优化的难熔高熵合金为ti44.4zr22.2nb17.8v11.9al3.7。

6、作为优选方案，所述基于nb优化的难熔高熵合金为ti39.7zr19.9nb26.5v10.6al3.3。

7、作为优选方案，所述基于nb优化的难熔高熵合金为ti36zr18nb33.4v9.6al3。

8、作为优选方案，所述基于nb优化的难熔高熵合金为ti32.8zr16.4nb39.4v8.7al2.7。

9、进一步的，上述的一种基于nb优化的难熔高熵合金的室温抗拉强度＞850 mpa，断裂延伸率＞18%。

10、本发明还公开了上述基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

11、（1）根制备v/zr/nb中间合金锭：按预设成分配比称重，按v、zr、nb的顺序将原料v、zr和nb从下往上依次置于坩埚中，采用电弧熔炼制备v/zr/nb中间合金锭；

12、（2）根制备al/ti中间合金锭：按预设成分配比称重，按al、ti的顺序将原料al和ti按顺序从下往上依次置于坩埚中，采用电弧熔炼制备al/ti中间合金锭；

13、（3）制备母合金锭：将熔炼光亮的al/ti中间合金锭与v/zr/nb中间合金锭进行电弧熔炼，反复通过电弧熔炼至成分均匀，得到母合金锭；

14、（4）制备合金板材：将所述的母合金锭加热熔化，使用铜模铸造法浇铸，得到所需形状尺寸的铸态难熔高熵合金样品；

15、进一步的，上述基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，步骤（1）-（4）中，每次熔炼和浇铸前抽真空至3.5×10-3 mpa以下，再充入高纯氩气作为保护气体，直至炉腔内压强达到3000～4000 pa停止充气。

16、进一步的，上述基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，步骤（3）中，熔炼前，先熔炼钛锭吸收炉腔内残余氧气，熔炼电流最高增加至400-450 a，单次熔炼时间120~150 s，每个合金熔炼6次以上，所述电弧熔炼还可替换为悬浮熔炼。

17、进一步的，上述基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，浇铸电流为400-450 a，熔炼时间~60 s，浇铸铜模具的尺寸为6×20×40 mm3。

18、与现有技术相比，本发明优点在于：

19、1. 本发明合金以ti、zr、nb、v和al为主要组成元素，避免或减少大量高密度元素的使用，有利于降低合金密度；

20、2. 本发明合金可形成单相bcc结构，具有一定强度和较高塑性；

21、3. 本发明制备工艺简单，可采用常规真空电弧熔炼或感应熔炼等方式制备，具有较好的可操作性和推广价值；

22、4. 本发明所述的基于nb优化的难熔高熵合金易于进行加工变形，在航空航天、高端装备制备领域具有广阔的应用空间。

1.一种基于nb优化的难熔高熵合金，其特征在于：所述难熔高熵合金按原子比记为tiazrbnbcvdale，其中，17＜c＜40，a：b：d：e=3：1.5：0.8：0.25，且满足a+b+c+d+e=100。

2.根据权利要求1所述的一种基于nb优化的难熔高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的成分为ti44.4zr22.2nb17.8v11.9al3.7，ti39.7zr19.9nb26.5v10.6al3.3，ti36zr18nb33.4v9.6al3，ti32.8zr16.4nb39.4v8.7al2.7中的任意一种。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于nb优化的难熔高熵合金，其特征在于，所述合金均为单相bcc结构，具有枝晶组织，存在元素偏析。

4.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于nb优化的难熔高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的抗拉强度＞850 mpa。

5.一种权利要求1-4任一项所述的基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（1）-（4）中，真空抽至3.5×10-3pa，后充入氩气至3000～4000pa。

7.根据权利要求5所述的一种基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，熔炼前，先熔炼钛锭吸收炉腔内残余氧气，熔炼电流为400-450 a，单次熔炼时间120~150s，反复熔炼6次以上，所述电弧熔炼还可替换为悬浮熔炼。

8.根据权利要求5所述的一种基于nb优化的难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，浇铸电流为400-450 a，熔炼时间~60 s，浇铸铜模具的尺寸为6×20×40 mm3。