本發(fā)明屬于合金材料，具體涉及一種輕質(zhì)中熵合金及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，有關(guān)輕質(zhì)材料的研究日益深入。傳統(tǒng)的輕質(zhì)合金，如鎂合金、鋁合金或鈦合金等，借助其低密度取得了許多重要的研究成果。然而，傳統(tǒng)的輕質(zhì)合金有著強(qiáng)度低、塑性差和硬度不足的缺點(diǎn)，這就限制了其在航空航天等極端服役環(huán)境下的應(yīng)用。

2、中熵合金及其中熵概念的引入，開(kāi)辟了合金材料新的研究領(lǐng)域與合金性能優(yōu)化方式。傳統(tǒng)的中熵合金借助其優(yōu)異的力學(xué)性能和眾多的合金體系，而受到廣泛關(guān)注。但是，傳統(tǒng)的中熵合金的密度高，導(dǎo)熱性強(qiáng)，不能進(jìn)一步滿(mǎn)足航空航天和電子產(chǎn)品低密度與熱管理的需求，對(duì)輕質(zhì)低導(dǎo)熱中熵合金的需求也更為緊迫。

3、如何進(jìn)一步提升合金塑性，降低合金密度，并同時(shí)滿(mǎn)足低導(dǎo)熱要求，是輕質(zhì)中熵合金領(lǐng)域正在面臨的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種輕質(zhì)中熵合金及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金具有高強(qiáng)度與高塑性和低導(dǎo)熱性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)中熵合金，按質(zhì)量百分含量計(jì)，包括以下元素：ti65～85％，zr?2～12％，nb?2～12％，v?4～12％，al?5～15％。

4、優(yōu)選的，所述輕質(zhì)中熵合金，按質(zhì)量百分含量計(jì)，包括以下元素：ti?70～80％，zr4～10％，nb?4～8％，v?4～10％，al?5～10％。

5、本發(fā)明還提供了上述方案所述輕質(zhì)中熵合金的制備方法，包括以下步驟：

6、從銅坩堝的底部到頂部依次放置部分ti、zr、v、nb和剩余部分ti，將al放置在加料器中，然后依次在保護(hù)氣氛中熔煉、精煉和冷卻，邊熔煉邊加al，重復(fù)熔煉、精煉和冷卻，重復(fù)4次以上，所述al在第1次熔煉時(shí)全部加入，得到所述輕質(zhì)中熵合金。

7、優(yōu)選的，所述ti、zr、v和nb的純度為99.95％以上；所述ti的粒徑為3～5mm；所述zr的粒徑為3～15mm；所述nb的粒徑為3～6mm；所述v的粒徑為3～5mm；所述al的粒徑為20～50mm。

8、優(yōu)選的，所述部分ti與剩余部分ti的質(zhì)量比為2～3:1。

9、優(yōu)選的，所述熔煉的溫度為1550～1750℃，真空度為5×10-3～7×10-3pa，直至金屬原料全部熔化。

10、優(yōu)選的，所述熔煉的設(shè)備為真空磁懸浮熔煉爐；所述真空磁懸浮熔煉爐的功率為253kw，電流為520a。

11、優(yōu)選的，所述精煉的溫度為1600～1700℃，保溫時(shí)間為4～6min。

12、優(yōu)選的，所述冷卻為：降低真空磁懸浮熔煉爐的功率，并利用循環(huán)水冷卻；所述功率的降低速率為50～60kw/min；所述冷卻的終溫為20～25℃。

13、本發(fā)明還提供了上述方案所述輕質(zhì)中熵合金或上述方案所述制備方法得到的輕質(zhì)中熵合金在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。

14、本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)中熵合金。相比傳統(tǒng)的中熵合金，本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的中熵合金中的常用的co、fe、cr、cu、ni等元素，通過(guò)引入低密度元素(ti、al)與低熱導(dǎo)率元素(ti、zr、v)，得到了低導(dǎo)熱的輕質(zhì)中熵合金；相比于傳統(tǒng)的輕質(zhì)合金，本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金采用晶格畸變效應(yīng)、高熵效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)等效應(yīng)，在滿(mǎn)足輕質(zhì)的前提下提升了合金的強(qiáng)度與塑性。

15、本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金，兼具輕質(zhì)低導(dǎo)熱和室溫高強(qiáng)度與高塑性，具有低密度、低熱導(dǎo)率、高抗拉強(qiáng)度、高硬度和高延伸率等特點(diǎn)。實(shí)施例數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金的抗拉強(qiáng)度≥650mpa，斷后伸長(zhǎng)率≥8％，硬度≥300hv，熱導(dǎo)率≤10w/m·k。

16、本發(fā)明還提供了上述方案所述輕質(zhì)中熵合金的制備方法。本發(fā)明提供的制備方法步驟簡(jiǎn)單，操作方便，可行性高，工業(yè)化前景廣闊。

17、進(jìn)一步的，所述熔煉的設(shè)備為磁懸浮熔煉爐；所述磁懸浮熔煉爐的功率為253kw，電流為520a。本發(fā)明采用磁懸浮熔煉技術(shù)，有效地避免了金屬熔體與坩堝接觸，在無(wú)坩堝材料污染條件下熔煉，保證了輕質(zhì)中熵合金的純度。

18、本發(fā)明還提供了上述方案所述輕質(zhì)中熵合金或上述方案所述制備方法得到的輕質(zhì)中熵合金在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金，兼具輕質(zhì)低導(dǎo)熱和室溫高強(qiáng)度與高塑性，具有低密度、高抗拉強(qiáng)度、高硬度和高延伸率等特點(diǎn)，適合航空航天領(lǐng)域等極端服役環(huán)境，為合金的應(yīng)用提供了保障，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種輕質(zhì)中熵合金，其特征在于，按質(zhì)量百分含量計(jì)，包括以下元素：ti?65～85％，zr?2～12％，nb?2～12％，v?4～12％，al?5～15％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)中熵合金，其特征在于，所述輕質(zhì)中熵合金，按質(zhì)量百分含量計(jì)，包括以下元素：ti?70～80％，zr4～10％，nb?4～8％，v?4～10％，al?5～10％。

3.權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述輕質(zhì)中熵合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述ti、zr、v和nb的純度為99.95％以上；

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述部分ti與剩余部分ti的質(zhì)量比為2～3:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述熔煉的溫度為1550～1750℃，真空度為5×10-3～7×10-3pa，直至金屬原料全部熔化。

7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的制備方法，其特征在于，所述熔煉的設(shè)備為真空磁懸浮熔煉爐；所述真空磁懸浮熔煉爐的功率為253kw，電流為520a。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述精煉的溫度為1600～1700℃，保溫時(shí)間為4～6min。

9.根據(jù)權(quán)利要求3或8所述的制備方法，其特征在于，所述冷卻為：降低真空磁懸浮熔煉爐的功率，并利用循環(huán)水冷卻；

10.權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述輕質(zhì)中熵合金或權(quán)利要求3～9任一項(xiàng)所述制備方法得到的輕質(zhì)中熵合金在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)中熵合金及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的中熵合金中的常見(jiàn)元素，通過(guò)引入低密度與低熱導(dǎo)率元素，得到了低導(dǎo)熱的輕質(zhì)中熵合金；本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金采用晶格畸變效應(yīng)、高熵效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)等效應(yīng)，在滿(mǎn)足輕質(zhì)的前提下提升了合金的強(qiáng)度與塑性。本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金，兼具輕質(zhì)低導(dǎo)熱和室溫高強(qiáng)度與高塑性，具有低密度、高抗拉強(qiáng)度、高硬度和高延伸率等特點(diǎn)。實(shí)施例數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明提供的輕質(zhì)中熵合金的抗拉強(qiáng)度≥650MPa，斷后伸長(zhǎng)率≥8％，硬度≥300HV，熱導(dǎo)率≤10W/m·K。

技術(shù)研發(fā)人員：康慧君,王同敏,李龍健,黃猛,陳宗寧,郭恩宇,盧一平,接金川,張宇博,曹志強(qiáng),李廷舉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6