一种掺杂稀土Ce提高难熔高熵合金强韧性的方法

本发明涉及合金，尤其是涉及一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法。

背景技术：

1、难熔高熵合金(rhea)由4种或4种以上的第iv～vi副族的难熔金属元素(v，cr，ti，mo，nb，ta，w，zr，hf等)以等摩尔比或非等摩尔比组成。为了获得更综合的性能，许多非难熔金属如(al、si、co和ni)也会被加入到难熔高熵合金体系中。然而大多数难熔高熵合金体系都具有高密度、较差的室温塑性和高温抗氧化性等缺点，严重限制了其在高温领域中的实际应用。因此，实现难熔高熵合金轻量化，提高室温下的变形能力，改善高温抗氧化性并有效的降低其成本是实现难熔高熵合金广泛应用的基本研究方向。

2、由低密度元素组成的nb-ti-zr-v难熔高熵合金可以有效的降低合金的密度，且具有高熔点和较高的高温屈服强度，有望成为新型结构材料或高温热防护系统的理想候选材料。目前已有报道可以通过降低价电子浓度vec(＜4.4)改善难熔高熵合金室温塑性。vec为4.33的nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金具有更低的密度(6.1g/cm3)和更好的室温塑性(ε～4.44％)。

3、另外，ce元素微合金化提高室温塑性的方法在mg合金、fe-mn-c钢、al合金和co-al-w高温合金中已经得到成功应用，而ce元素在高熵合金中应用的研究十分缺乏。

4、因此，采用稀土元素ce对nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金进行微合金化，通过细化晶粒和晶界处析出第二相等方式提高难熔高熵合金室温塑性是迫切需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，通过细化晶粒和改变晶界析出相类型，提高nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金的室温拉伸塑性且实现室温拉伸屈服强度和塑性的良好匹配。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，包括如下步骤：

3、s1、配料，按照成分配比称取nb、ti、zr、v纯金属原料和ce纯稀土原料；所述ce按照原子百分比含量计为0～0.01at％；

4、s2、熔炼，将称取好的原料放入熔炼炉内进行熔炼，得到成分均匀的难熔高熵合金铸锭。

5、优选的，所述步骤s1中nb、ti、zr、v、ce的原子数百分含量配比为(nb0.5tizrv0.5)99.995ce0.005。

6、优选的，所述步骤s1中称取原料前，对块状及片状原料进行机械打磨并放入丙酮或无水乙醇中进行超声清洗，去掉氧化膜和其他沉积物杂质。

7、优选的，所述步骤s2中，将称取好的原料ce、ti、v、zr、nb按照熔点由低到高的顺序依次放入到nb箔中一同包覆并放置于铜坩埚底部。

8、优选的，所述步骤s2中，熔炼时抽真空至4～5×10-3pa，并充入高纯氩气到1.0×105pa进行保护，在氩气保护下对原料反复熔炼5-6次，在熔炼过程中开启磁搅拌。

9、因此，本发明采用上述一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，具有如下技术效果：

10、(1)含0.005at.％稀土元素ce的nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金平均晶粒尺寸为248.6μm，不掺杂稀土元素的相同成分nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金平均晶粒尺寸为338.3μm，掺杂稀土元素ce在nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金中可以显著降低平均晶粒尺寸；

11、(2)(nb0.5tizrv0.5)99.995ce0.005难熔高熵合金中晶界处析出富v-ce贫zr且具有bcc晶体结构的带状物，更有利于位错穿越晶界变形，促进韧窝断口形成，从而提高nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金的室温拉伸塑性。

12、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，其特征在于：所述步骤s1中nb、ti、zr、v、ce的原子数百分含量配比为(nb0.5tizrv0.5)99.995ce0.005。

3.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，其特征在于：所述步骤s1中称取原料前，对块状及片状原料进行机械打磨并放入丙酮或无水乙醇中进行超声清洗，去掉氧化膜和其他沉积物杂质。

4.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，其特征在于：所述步骤s2中，将称取好的原料ce、ti、v、zr、nb按照熔点由低到高的顺序依次放入到nb箔中一同包覆并放置于铜坩埚底部。

5.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，其特征在于：所述步骤s2中，熔炼时抽真空至4～5×10-3pa，并充入高纯氩气到1.0×105pa进行保护，在氩气保护下对原料反复熔炼5-6次，在熔炼过程中开启磁搅拌。

6.一种稀土元素ce在nb0.5tizrv0.5难熔高熵合金中的应用。

技术总结
本发明公开了一种掺杂稀土Ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，包括如下步骤：S1、配料，按照成分配比称取Nb、Ti、Zr、V纯金属原料和Ce纯稀土原料；所述Ce按照原子百分比含量计为0～0.01at％；S2、熔炼，将称取好的原料放入熔炼炉内进行熔炼，得到成分均匀的难熔高熵合金铸锭。本发明采用上述一种掺杂稀土Ce提高难熔高熵合金强韧性的方法，稀土Ce具有显著的晶粒细化效果，且在晶界处析出有利于塑性变形的第二相，能够解决Nb<subgt;0.5</subgt;TiZrV<subgt;0.5</subgt;难熔高熵合金室温塑性差的问题，并实现室温拉伸屈服强度和塑性的良好匹配。

技术研发人员：沙江波,姚海丽
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16