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)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

湖南工業(yè)大學(xué)的研究者為了開發(fā)低密度,、高強度,、高塑性和優(yōu)異高溫性能的高熵合金,，利用金屬Sc具有熔點高,、塑性好、密度低的優(yōu)點,，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度,、塑性以及良好高溫性能的新型難熔高熵合金——HfMoScTaZr,。通過添加金屬元素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實驗結(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℃的過程中無新的相生成,。通過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，具有良好的強韌性結(jié)合,。合金在室溫,、800℃,、1000℃和1200℃下的壓縮屈服強度分別為1778、1118,、963和498MPa（如表1所示）,，與報道中的HfMoNbTaTiZr相比無論是在室溫下還是在高溫下都有明顯得優(yōu)勢。另外合金的維氏顯微硬度約為9400MPa,，室溫壓縮變形率大于42%,，且合金的強化機制是固溶強化。

通過壓縮試驗得到的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)超合金性能對比圖,。

從圖2可以看出新設(shè)計的HfMoScTaZr合金不管在常溫下還是高溫下，相較于報道的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、火箭等高層次制造行業(yè),。

參考文獻：
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).