本發(fā)明涉及一種高熔點高熵合金材料及其制備方法，屬于合金材料技術領域。

背景技術：

高熵合金是一種至少含有五種主要金屬元素且每種元素的含量在5％～35％之間，按照等原子比或接近等原子比的設計比例，使合金混合熵高于合金熔化熵的一類合金材料。

合金的混合熵隨著合金系組元數目的增多而增大，從而抑制金屬間化合物的形成，促使合金形成固溶體。高熵合金由于其組成元素大于等于5，并且是按照等摩爾比配合，造成高熵合金的混合熵很高，從而促進了簡單固溶體的產生，抑制了金屬間化合物的形成，使得高熵合金具有許多優(yōu)于其他合金的性能。高熵合金組成元素數目較多，而且又是形成固溶體結構，這必然會導致固溶體結構存在一定的晶格畸變，原子尺寸差異越大，晶格畸變越嚴重。嚴重的晶格畸變會導致高的固溶強化，加上原子遲滯擴散的作用，使得高熵合金展現出了良好的性能，例如優(yōu)異的力學性能，良好的耐磨性等等，具有很好的研究前景。

2010年，senkov.o.n首次制備出完全由高熔點金屬元素組成的wnbmota和wnbmotav高熔點高熵合金。兩種高熵合金熔點均大于2600℃，高溫力學性能與傳統(tǒng)的高溫鎳基合金相比毫不遜色，但室溫塑性差，斷裂應變僅為2％和1.5％。2011年，senkov.o.n等人在wnbmotav高熵合金的基礎上改進得到的hfnbtatizr高熵合金，雖然塑性應變提高到了50％以上，但其室溫壓縮屈服強度降低至僅為929mpa。在隨后不斷改進與發(fā)明的高熔點高熵合金中，大部分高熔點高熵合金在室溫壓縮下的斷裂應變小于10％，加工性能較差，限制了材料的應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于解決高熔點高熵合金室溫下強塑性配合較差的問題，提供一種高熔點高熵合金材料及其制備方法，選取hf、nb、ta、ti、zr、mo和w七種高熔點的金屬元素制備出hfnbtatizrw和hfnbtatizrmow兩種高熔點高熵合金。

本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現的。

一種高熔點高熵合金的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、選用hf、nb、ta、ti、zr、w六種元素或者hf、nb、ta、ti、zr、mo、w七種元素作為原料進行配料，其中每種元素在合金中的原子個數相等。

步驟二、將原料按照熔點由低到高的順序依次放入真空電弧熔煉爐的水冷銅坩堝中。

步驟三、關閉爐門，對爐膛抽真空，之后充入高純氬氣作為保護氣氛。

步驟四、在高純氬氣的保護下引弧熔煉，將原料反復熔煉次制成母合金紐扣錠，即得到高熔點高熵合金。

上述步驟一中所選用的hf、nb、ta、ti、zr、mo、w金屬原料純度高于99.9wt.％。

上述步驟三中爐膛真空度為2.5×10^-3mpa。

上述步驟三中熔煉爐中充入氬氣氣氛的壓強為0.06mpa。

上述步驟四中熔煉電流為450a～550a。

上述步驟四中合金保持液態(tài)的時間至少為40分鐘。

有益效果

本發(fā)明提供的一種高熔點高熵合金材料，主要是利用hf、nb、ta、ti、zr、mo和w等高熔點金屬制成，該合金室溫下屈服強度大于1550mpa，且斷裂應變達到了26％。

附圖說明

圖1為實施例1合金hfnbtatizrw鑄錠的x射線衍射圖；

圖2為實施例1合金hfnbtatizrw室溫準靜態(tài)壓縮工程應力-應變曲線；

圖3為實施例2合金hfnbtatizrmow鑄錠的x射線衍射圖；

圖4為實施例2合金hfnbtatizrmow室溫準靜態(tài)壓縮工程應力-應變曲線。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

高熔點高熵合金hfnbtatizrw及其制備方法

本實施例提供的hfnbtatizrw高熵合金，由六種元素組成，合金中各個元素的原子個數相等。

包括以下步驟：

(1)選用hf、nb、ta、ti、zr和w金屬顆粒作為原料，其中hf、nb、ta、zr和w金屬顆粒的純度為99.95wt.％，ti顆粒的純度為99.999wt.％；

(2)將上述金屬顆粒按原子個數比1:1:1:1:1:1的比例進行配料，即w(hf)＝22.0211g，w(nb)＝11.4627g，w(ta)＝22.3246g，w(ti)＝5.9096g，w(zr)＝11.2542g，w(w)＝22.6811g；

(3)將上述金屬顆粒按熔點由低到高，即ti、zr、hf、nb、ta、w的順序放入熔煉爐的水冷銅坩堝中；

(4)對真空電弧熔煉爐中抽真空至2.5×10^-3mpa，然后充入0.06mpa的高純氬氣作為保護氣氛；

(5)在高純氬氣保護氣氛下引弧，熔煉電流為450a，每次熔煉時合金保持液態(tài)的時間為5min，反復翻轉熔煉8次，使其混合均勻，制成母合金紐扣錠。

圖1為實施例1制備的hfnbtatizrw高熵合金的xrd圖譜，由圖中可以看出該合金為兩相bcc結構。圖2為實施例1制備的hfnbtatizrw高熵合金在室溫準靜態(tài)壓縮下的應力-應變曲線。該合金的屈服強度為1550mpa。屈服階段后有明顯的應變硬化效應出現，最終抗壓強度達到2324mpa，斷裂應變?yōu)?6％。

實施例2

高熔點高熵合金hfnbtatizrmow及其制備方法

本實施例提供的hfnbtatizrmow高熵合金，由七種元素組成，合金中各個元素的原子個數相等。

包括以下步驟：

(1)選用hf、nb、ta、ti、zr、mo和w金屬顆粒作為原料，其中hf、nb、ta、zr、mo和w金屬顆粒的純度為99.95wt.％，ti顆粒的純度為99.999wt.％；

(2)將上述金屬顆粒按原子比1:1:1:1:1:1:1的比例進行配料，即w(hf)＝18.2842g，w(nb)＝9.5175g，w(ta)＝18.5362g，w(ti)＝4.9068g，w(zr)＝9.3444g，w(mo)＝9.8279g，w(w)＝18.8322g；

(3)將上述金屬顆粒按熔點由低到高，即ti、zr、hf、nb、mo、ta、w的順序放入熔煉爐的水冷銅坩堝中；

(4)對真空電弧熔煉爐中抽真空至2.5×10^-3mpa，然后充入0.06mpa的高純氬氣作為保護氣氛；

(5)在高純氬氣保護氣氛下引弧，熔煉電流為550a，每次熔煉時合金保持液態(tài)的時間為5min，反復翻轉熔煉10次，使其混合均勻，制成母合金紐扣錠。

圖3為實施例2制備的hfnbtatizrmow高熵合金的xrd圖譜，由圖中可以看出該合金為兩相bcc結構。圖4為實施例2制備的hfnbtatizrmow高熵合金在室溫準靜態(tài)壓縮下的應力-應變曲線。該合金的屈服強度為1636mpa，抗壓強度為2045mpa，斷裂應變?yōu)?6％。

以上是有關本發(fā)明的較佳實施例的說明。在此，需要說明的一點是，本發(fā)明并不局限于以上實施例，在滿足權利要求書、發(fā)明內容以及附圖等范圍要求的情況下，可以對本發(fā)明所作的任何修改、同等替換或改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍內。