本发明专利技术涉及一种高塑性五元难熔高熵合金及其制备方法，属于金属材料领域。所述高熵合金由等摩尔量的锆、钛、铪、钒和铌组成。所述方法为：将锆、钛、铪、钒和铌按照熔点由低到高的顺序依次放进水冷金属坩埚中，熔点最低的元素放在最下方，熔点最高的元素放在最上方；在无氧环境下引弧熔炼，至五种元素充分混熔，得到所述高熵合金。所述高熵合金拥有单一的体心立方结构，其屈服强度大于800MPa，抗拉强度超过1100MPa，塑性应变大于55％；元素之间获得较大的固溶度，形成简单的固溶体相。所述方法具有功率大，性能稳定，操作方便，熔点高，真空度高以及杂质少的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高塑性五元难熔高熵合金及其制备方法，属于金属材料领域。
技术介绍
高熵合金是在20世纪90年代由中国台湾学者叶均蔚率先提出的一种新颖的合金设计理念，其理念与传统合金千差万别，极大的丰富了合金材料的研究内容。它要求合金至少含有五种主要元素，而且每种合金元素原子所占摩尔百分数相近，都不超过35％，且最低也不低于5％，即没有任何一种元素作为主导元素，故亦可叫多主元高熵合金。高熵合金设计理念自提出以来，就引起了科学界的普遍关注与积极探索，学者们对高熵合金的研究表明，因为合金中金属元素多，元素的混乱度大，合金凝固后不仅不会像传统合金一样形成大量的金属间化合物，反而因为高熵效应促进了元素间的混合，使得多主元高熵合金形成简单的结晶相，即多种元素混乱排列形成体心立方相或者面心立方相甚至是非晶相，同时又抑制了脆性的金属间化合物的形成。易形成单一的固溶体相这一特征使得高熵合金表现出优异的性能：(1)高硬度；(2)良好的耐腐蚀性；(3)良好的耐磨性；(4)良好的耐高温性；(5)高加工硬化性能。与传统合金相比，高熵合金具有独特而优异的结构和性能。然而高熵合金的发展尚处于初期阶段，对高熵合金的形成机理和性能研究还比较浅显，无论理论研究还是实验研究结果都比较少。高熵合金作为一种新型的合金材料，其在冲击环境下的力学行为和变形断裂机理研究还十分有限。尤其是高熵合金的塑性不是很好，因为高熵合金组元元素较多，且各元素含量相差不多，高熵合金体系中所有原子都可 以看做是溶质原子又可以看做是溶剂原子，这些原子半径大小不一，也就造成形成的固溶体具有较大的晶格畸变。同时，原子的扩散需要合金中各种元素原子的相互协调，而高熵合金组元数目较多，且存在阻碍原子运动的严重的晶格畸变，使得高熵合金的扩散难以进行。因此，一般来说高熵合金中的扩散速度比传统合金慢。所以形成的高熵合金的塑性一般都不是很好。大部分高熵合金的压缩塑性应变在5％～7％，部分高熵合金的压缩塑性应变在25％～33％。塑性，是指在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。直接反映地是材料的可加工性，这在工业生产中有非常广的应用。而高熵合金又兼具高强度和高硬度，如果能研究出一种可以既有高强度，高硬度，又兼具高塑性的高熵合金，那将在材料领域有很光明的前景。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供了一种高塑性五元难熔高熵合金；本专利技术的目的之二在于提供了一种高塑性五元难熔高熵合金的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种高塑性五元难熔高熵合金，所述高熵合金由等摩尔量的锆(Zr)、钛(Ti)、铪(Hf)、钒(V)和铌(Nb)组成，即ZrTiHfVNb；优选所述组成元素的纯度均在99％以上；优选所述组成元素具有相同的晶体结构。本专利技术所述的一种高塑性五元难熔高熵合金的制备方法，所述方法步骤如下：将原料锆(Zr)、钛(Ti)、铪(Hf)、钒(V)和铌(Nb)按照熔点由低到高的顺序先后依次放进水冷金属坩埚中，熔点最低的元素放在最下方，熔点最高的元素放在最上方；在无氧环境下引弧熔炼，至五种元素充分混熔，得到本专利技术所述的一种高塑性五元难熔高熵合 金。可以采用非自耗高真空电弧熔炼炉，将原料放入水冷铜坩埚进行引弧熔炼。无氧环境可采用抽真空到大于等于10-4MPa，然后充入惰性气体到大于等于0.05MPa。优选引弧熔炼参数如下：容重(原料重量)：10g～100g/熔炼池，3个熔炼池装原料，1个熔炼池引弧；工作气体：Ar气或He气；冷却方式：水冷/自动报警；真空度：>2×10-3Pa(分子泵)；起弧方式：接触引弧；搅拌方式：手动悬臂翻料；最大电流：550A。有益效果1.本专利技术提供了一种高塑性五元难熔高熵合金，所述高熵合金是由Zr、Ti、Hf、V和Nb五种元素熔炼而成的拥有单一的体心立方结构的高熵合金，其屈服强度大于800MPa，抗拉强度超过1100MPa，塑性应变大于55％。与现研究的高熵合金相比，所述高熵合金展现了极好的的塑性；2.本专利技术提供了一种高塑性五元难熔高熵合金，所述高熵合金选用的元素具有相同的晶体结构，原子半径差小，晶格常数与电负性接近，这样会使元素之间获得较大的固溶度，形成简单的固溶体相。3.本专利技术提供了一种高塑性五元难熔高熵合金的制备方法，用非自耗真空电弧熔炼炉对所配置的合金进行熔炼，该熔炼炉是由高熔点电导性材料组成，尽可能保持稳定的一种电极，所以其熔炼方法具有功率大，性能稳定，操作方便；熔点高，真空度高，杂质少的优点。附图说明图1为实施例1中制得的高塑性五元难熔高熵合金的X射线衍射(XRD)图谱。图2为实施例1中制得的高塑性五元难熔高熵合金经腐蚀处理后的金相照片。图3为实施例1中制得的高塑性五元难熔高熵合金室温静态压缩真实应力应变曲线。图4为实施例1中制得的高塑性五元难熔高熵合金室温动态压缩的真实应力-应变曲线。具体实施方式下面通过具体实施例来详细描述本专利技术。以下实施例中，一种高塑性五元难熔高熵合金的制备方法采用的是中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司生产的SKY08K-102型非自耗高真空电弧熔炼炉，熔炼的坩埚采用的是水冷铜坩埚。实施例1一种高塑性五元难熔高熵合金，所述高熵合金由等摩尔量的锆(Zr)、钛(Ti)、铪(Hf)、钒(V)和铌(Nb)组成，即ZrTiHfVNb，其中，所述组成元素的纯度均在99％以上，且具有相同的晶体结构。原料用万分之一电子天平称重以减少实验误差，按照熔点由低到高的顺序依次为钛(Ti)、锆(Zr)、钒(V)、铪(Hf)、铌(Nb)，放进非自耗高真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，熔点最低的元素钛(Ti)放在最下方，熔点最高的元素铌(Nb)放在最上层方。抽真空到10-4MPa，然后充入氩气到0.05MPa，引弧熔炼；反复熔炼6次，以确保原料中的五种元素充分混熔，得到铸态ZrTiHfVNb，为本专利技术所述的一种高塑性五元难熔高熵合金。其中，引弧熔炼具体参数如下：容重(原料重量)：50g/熔炼池，3个熔炼池装原料，1个熔炼池 引弧；工作气体：Ar气；冷却方式：水冷；真空度：>2×10-3Pa(分子泵)；起弧方式：接触引弧；搅拌方式：手动悬臂翻料；最大电流：550A。对本实施例制得的高塑性五元难熔高熵合金(即铸态ZrTiHfVNb合金)进行测试如下：1.采用德国Bruker AXS公司D8advance X-射线衍射仪对进行物相分析从所述高熵合金中切取尺寸为4mm×4mm×2mm的小方块，测试前用砂纸打磨光亮，以去掉表面杂质得到样品；工作电压和电流分别为40KV和40mA，X射线源为CuKα(λ＝0.1542nm)射线，扫描范围：20°～90°，扫描速度：0.2sec/step，扫描步长：0.02°/step。测试得到结果如图1所示，图1为样品的XRD图谱，衍射峰峰形尖锐，说明结晶度高；图1中4个衍射峰对应的2θ分别为：2θ1＝37.798°、2θ2＝54.303°、2θ3＝68.139°和2θ4＝80.374°，因此sin2(θ1)：sin2(θ2)：sin2(θ3)：sin2(θ4)＝1:1.9850:2.9913:3.9890，接近1:2:3:4，而且前两个衍射峰中第一个峰最强，由此本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高塑性五元难熔高熵合金，其特征在于：所述高熵合金由等摩尔量的锆、钛、铪、钒和铌组成。
【技术特征摘要】
1.一种高塑性五元难熔高熵合金，其特征在于：所述高熵合金由等摩尔量的锆、钛、铪、钒和铌组成。2.根据权利要求1所述的一种高塑性五元难熔高熵合金，其特征在于：所述高熵合金中组成元素的纯度均在99％以上。3.根据权利要求1所述的一种高塑性五元难熔高熵合金，其特征在于：所述高熵合金中组成元素具有相同的晶体结构。4.根据权利要求1所述的一种高塑性五元难熔高熵合金，其特征在于：所述高熵合金中组成元素的纯度均在99％以上，且具有相同的晶体结构。5.一种如权利要求1～4任一项所述的高塑性五元难熔高熵合金的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：将锆、钛、铪、钒和铌按照熔点由低到高的顺序先后依次放进水冷金属坩埚中，熔点最低的元素放在最下方，熔点最高的元素放在最上方；在无氧环境下引弧...
【专利技术属性】
技术研发人员：李云凯，程兴旺，武艳娇，程博，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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