一種新型難熔高熵合金HfMoScTaZr的組織和力學(xué)性能

供稿人：孫嘯宇 張航
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

湖南工業(yè)大學(xué)的研究者為了開(kāi)發(fā)低密度、高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)異高溫性能的高熵合金，利用金屬Sc具有熔點(diǎn)高、塑性好、密度低的優(yōu)點(diǎn)，把Sc與Hf、Mo、Ta、Zr金屬等摩爾混合，并采用真空電弧熔煉的制備方法，得到了一種具有較高強(qiáng)度、塑性以及良好高溫性能的新型難熔高熵合金——HfMoScTaZr。通過(guò)添加金屬元素Sc，不僅可以大大降低合金的密度，而且可以提高合金的高溫強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、可焊性和耐腐蝕性，并且可以避免材料在高溫工作條件下的脆化。

XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這種新型難熔高熵合金的組織是單一BCC結(jié)構(gòu)的固溶體相，并且在加熱到1300℃的過(guò)程中無(wú)新的相生成。通過(guò)SEM掃描電子顯微鏡和EDS能譜分析發(fā)現(xiàn)合金的顯微組織和成分分布均勻，具有良好的強(qiáng)韌性結(jié)合。合金在室溫、800℃、1000℃和1200℃下的壓縮屈服強(qiáng)度分別為1778、1118、963和498MPa（如表1所示），與報(bào)道中的HfMoNbTaTiZr相比無(wú)論是在室溫下還是在高溫下都有明顯得優(yōu)勢(shì)。另外合金的維氏顯微硬度約為9400MPa，室溫壓縮變形率大于42%，且合金的強(qiáng)化機(jī)制是固溶強(qiáng)化。

通過(guò)壓縮試驗(yàn)得到的HfMoScTaZr合金工程應(yīng)力—應(yīng)變曲線如下圖1所示,圖中數(shù)據(jù)記錄在表1中。

圖1 在室溫（25℃）、800℃、1000℃、1200℃下HfMoScTaZr合金的壓縮試驗(yàn)工程應(yīng)力—應(yīng)變曲線

表1 HfMoScTaZr合金在不同溫度下的屈服強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變

圖2為HfMoScTaZr合金與HfMoNbTaTiZr合金以及兩種傳統(tǒng)超合金性能對(duì)比圖。

從圖2可以看出新設(shè)計(jì)的HfMoScTaZr合金不管在常溫下還是高溫下，相較于報(bào)道的HfMoNbTaTiZr與目前應(yīng)用廣泛的兩款高溫合金，在性能上都有了較大提高，有望用于航天飛機(jī)、火箭等高層次制造行業(yè)。

參考文獻(xiàn)：
Nie X.W.,Cai M.D.,Cai S.. Microstructure and mechanical properties of a novel refractory high entropy alloy HfMoScTaZr[J]. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2021,98(prepublish).