一种高强韧双BCC结构TaMoZrTiAl系难熔高熵合金

本发明涉及金属材料，具体涉及一种高强韧双bcc结构tamozrtial系难熔高熵合金。

背景技术：

1、传统高温合金是指服役温度在600℃以上，能承受较大的复杂应力，并且具有优异热力学稳定性的铁基、镍基或钴基合金，被广泛应用于各种先进航空发动机、工业燃气轮机以及其他高端制造领域。其中，镍基高温合金是当前最为广泛应用的高温结构材料之一。然而，目前镍基高温合金的最高熔点受限于1350℃左右，并且经若干年深入挖掘，其性能也已接近其使用极限，无法满足未来航空、航天、船舶等工业对热端部件性能的使役需求。因此，发展新型高温合金结构材料具有重要研究价值和广阔的应用前景。

2、高熵合金设计理念的提出为突破高温合金瓶颈提供了新思路。不同于传统单一主元合金，高熵合金是由5种或5种以上元素按照等原子比或近等原子比组成的一类新型合金。其中，由ta、nb、v、mo、w、cr、hf、zr、ti等高熔点元素组成的高熵合金被称为难熔高熵合金。得益于各组成元素的高熔点特性，难熔高熵合金普遍具有较高的高温强度、卓越的抗高温氧化能力以及优异的高温稳定性等特点，被材料科学家们普遍视为新一代高温材料的潜在候选者。

3、然而，已报道的难熔高熵合金大多以单一bcc结构相为主，且普遍存在室温脆性问题，严重限制了其应用潜力。以广泛研究的monbtaw和monbtawv系合金为例，该合金结构为单一bcc结构，在1600℃时，两种合金屈服强度仍能够保持在400mpa以上；但在室温下塑性不足2％。因此，开展兼具高强韧性新型结构的难熔高熵合金体系开发已成为目前难熔高熵合金领域的研究热点。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明利用熔炼冷却过程中溶质元素间择优偏聚特性，提供了一种高强韧双bcc结构tamozrtial系难熔高熵合金，通过利用合金中两种bcc结构相之间的异质变形行为，增强合金背应力强化能力，以此实现合金强度与塑性的良好匹配。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种高强韧双bcc结构tamozrtial系难熔高熵合金，该高熵合金的化学成分为：ta20～25at.％、mo 20～25at.％、zr 20～25at.％、ti 20～25at.％、al 5～10at.％。

4、该高熵合金的铸态组织为双bcc(bcc1+bcc2)结构。

5、该高熵合金室温条件下抗压强度超过2000mpa，压缩塑性超过10％。

6、所述高熵合金采用真空电弧方法熔炼制备。

7、本发明有益效果如下：

8、(1)本发明选取ta、mo、zr、ti、al五种元素为合金组元，其中ta、mo、zr、ti四种合金元素均为具有高熔点的难熔元素，因此制备的合金具有良好的抗高温软化能力。

9、(2)本发明合金具有双bcc(bcc1+bcc2)结构，在继承单一bcc结构金属高强度的优势外，通过利用两种bcc结构相在形变过程中的异质变形特征，引入背应力强化，实现应变动态再分布，提高合金的加工硬化能力，保证合金在室温下具有良好塑性。

10、(3)本发明提供了一种在难熔高熵合金中实现异质结构构筑的方法，为难熔高熵合金的强韧性匹配提供了新思路。

技术特征：

1.一种高强韧双bcc结构tamozrtial系难熔高熵合金，其特征在于：该高熵合金化学成分为：ta 20～25at.％、mo 20～25at.％、zr 20～25at.％、ti 20～25at.％、al 5～10at.％。

2.根据权利要求1所述的tamozrtial系难熔高熵合金，其特征在于：所述高熵合金的铸态组织为双bcc(bcc1+bcc2)结构。

3.根据权利要求1或2所述的tamozrtial系难熔高熵合金，其特征在于，所述高熵合金室温条件下抗压强度大于2000mpa，压缩塑性大于10％。

4.根据权利要求1或2所述的tamozrtial系难熔高熵合金，其特征在于，所述高熵合金采用真空电弧法熔炼制备。

技术总结
本发明公开了一种高强韧双BCC结构TaMoZrTiAl系难熔高熵合金，属于金属材料技术领域。所述高熵合金由Ta、Mo、Zr、Ti和Al组成。本发明制备出的难熔高熵合金具有双BCC(BCC1+BCC2)结构，在室温下抗压强度超过2000MPa，压缩塑性超过10％，有望应用于高温材料领域。本发明合金制备方法简单、易行，具有规模化应用前景。

技术研发人员：韩冬,杨柏俊,孙文海,王晓明,韩国峰,徐文龙,吕威闫,王建强
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11