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TiZrHfNbMo 难熔高熵合金等离子体氢化及力学性能

TiZrHfNbMo 难熔高熵合金等离子体氢化及力学性能

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为改善难熔高熵合金的热加工性,通过等离子辅助气体合金化的方式在熔炼气氛中通入 H₂和 Ar 的混合气体,使氢溶入TiZrHfNbMo 难熔高熵合金中。研究了不同 H 含量下,TiZrHfNbMo 难熔高熵合金组织和力学性能的变化规律。结果表明,H 的存在并未改受span class="">合金盷/span>组成,但室温压缩强度、硬度、伸长率有所下降,伸长率 21% 降至 19%。H 的加入显著细化了枝晶间距,减少二次枝晶臂数量及尺寸。置氢以后的合金高温流动应力 622 MPa 降至 498 MPa、/span>
关键诌/span>9/span>难熔高熵合金;微观组织;力学性能;氢;等离子体;热变彡/span>



试验材料及方泔/strong>

1.1 材料制备

试验用高纯块 TiZrHfNbMo?gt;99.9wt%)原材料,在电弧熔炼炉中制备不同 0vol%?0vol%?0vol% H?Ar 气体下的 TiZrHfNbMo 难熔高熵合金。采用真空电弧熔炼熔炼铸 40 g,尺寸直 2cm,高 1.5cm,形状为 “纽扣状”、/span>


1.2 检测方泔/span>

  • 物相分析9/span>试样切割后,经打磨、抛光、腐蚀液(HF∶HNO₃∶H₂O=1??0)腐蚀,采用岛 7000 X 射线衍射仪进行物相分析、/span>

  • 显微组织观察9/span>采用 S-3400N 型扫描电镜进行观察、/span>

  • 力学性能测试9/span>采用 UH250 硬度计进行硬度测试;采用 MTS810 型号电子万能试验朹/span>进行室温压缩试验,压缩速率 0.36mm/min;采 Gleeble3500 对样品进行高温压缩试验,试样尺寸 Φ6mm×9mm,升温速度 10?s,变形温 1000℃,保温 3 min,应变速率 0.01 s⁻¹,变形量为 60%,压缩后立即水淬、/span>


试验结果与分枏/strong>




2.1 不同 H 含量下合金的物相分析

利用 Jade6.0 软件分析标定 Origin9.0 软件绘制的不 H 含量 TiZrHfNbMo 合金 X 射线衍射图谱(XRD)如 1 所礹/span>,结果表明氢化前后合金均为单一 BCC 固溶体相、/span>

image.png


2.2 不同 H 含量下合金的显微组织

2 为不 H 含量 TiZrHfNbMo 难熔高熵合金的显微组织、/span>未置氢的组织一次和二次枝晶生长发达;置 89×10⁻⁶时二次枝晶尺寸明显减小,一次枝晶取向稍显明显;置氢 230×10⁻⁶时二次枝晶尺寸很小,各一次枝晶取向接近平行状、/span>

image.png

2.3 不同 H 含量下合金的室温性能变化

2.3.1 硬度变化

3 为不 H 含量下合金的硬度变化,置氢后硬度稍有下降,从 400HV 降至 380HV 左右,变化幅度约 5%、/span>

2.3.2 室温压缩性能

4 为不 H 含量下合金的室温压缩应力 - 应变曲线、/span>随着 H 的加入,合金最大抗压强度从 1480 MPa 减少 1400MPa,压缩率 21% 减少 19%,塑性稍有下降、/span>

image.pngimage.png

2.4 不同 H 含量下合金的高温性能和形貋/span>

5 为不 H 含量下合金的高温压缩曲线、/span>置氢后(230×10⁻⁶)材料的峰值应力为 498MPa,未置氢高熵合金的应力为 620MPa,降幅可 19.7%、/span>

image.png

6 为热压缩试样的组织形貌图、/span>

热压缩样品呈现出热压缩以后的纤维组织,原始晶粒沿着受力方向组织延伸,原始晶界、第二相等沿着变形方向拉伸呈流线形,而在这些晶界以及变形条带处形成再结晶。置氢以后链条状流线更加均匀,再结晶晶粒尺寸较未置氢有了明显增加,软化效果更加显著,导致材料高温流变抗力降低。氢致弱键效应降低金属的结合能力,加快原子的扩散,促进再结晶晶粒的形核和长大,进而导致软化效果显著,强度降低、/span>

image.png



结论


  • 通过等离子辅 H₂气体合金化最终熔炼制得的 TiZrHfNbMo 难熔高熵合金 H 含量可达 230×10⁻⁶、/span>
  • 由于 H 的弱键效应使得置氢高熵合金的强度、硬度均稍有下降,伸长率 21% 减小 19%。H 的熔入显著细化枝晶间距,使得二次枝晶臂显著缩短、/span>

  • 置氢后难熔高熵合金的流变抗力 620 MPa 降至 498 MPa,高温软化是由于 H 的溶入,降低了金属之间的结合能力,促进了原子的扩散,进一步促进动态再结晶的形核及长大,最终使得材料的变形抗力降低、/span>




    作为先进粉体材料的创新驱动型企业,研倍新材料专注于各秌/span>纳米合金粉、高性能陶瓷粉及多组元高熴span class="">合金粈/span>的研发与生产,致力于为航空航天、新能源、电子器件、增材制造等前沿领域提供定制化材料解决方案。依托自主研发的等离子旋转电极雾化(PREP)、气雾化分级控制等核心技术,我们实现纳米级粒径精准调控(50-500nm),确保粉体具备超高球形度、低氧含量与窄粒度分布特性,完美适配激光选区熔化(SLM)、电子束熔融(EBM)等精密成型工艺需求。诚邀各行业伙伴共拓高端制造新蓝海、/span>

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