一种新型难熔高熵合金HfMoScTaZr的组织和力学性能

供稿人：孙啸宇 张航
供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

湖南工业大学的研究者为了开发低密度、高强度、高塑性和优异高温性能的高熵合金，利用金属Sc具有熔点高、塑性好、密度低的优点，把Sc与Hf、Mo、Ta、Zr金属等摩尔混合，并采用真空电弧熔炼的制备方法，得到了一种具有较高强度、塑性以及良好高温性能的新型难熔高熵合金——HfMoScTaZr。通过添加金属元素Sc，不仅可以大大降低合金的密度，而且可以提高合金的高温强度、结构稳定性、可焊性和耐腐蚀性，并且可以避免材料在高温工作条件下的脆化。

XRD实验结果证明，这种新型难熔高熵合金的组织是单一BCC结构的固溶体相，并且在加热到1300℃的过程中无新的相生成。通过SEM扫描电子显微镜和EDS能谱分析发现合金的显微组织和成分分布均匀，具有良好的强韧性结合。合金在室温、800℃、1000℃和1200℃下的压缩屈服强度分别为1778、1118、963和498MPa（如表1所示），与报道中的HfMoNbTaTiZr相比无论是在室温下还是在高温下都有明显得优势。另外合金的维氏显微硬度约为9400MPa，室温压缩变形率大于42%，且合金的强化机制是固溶强化。

通过压缩试验得到的HfMoScTaZr合金工程应力—应变曲线如下图1所示,图中数据记录在表1中。

图1 在室温（25℃）、800℃、1000℃、1200℃下HfMoScTaZr合金的压缩试验工程应力—应变曲线

表1 HfMoScTaZr合金在不同温度下的屈服强度和断裂应变

图2为HfMoScTaZr合金与HfMoNbTaTiZr合金以及两种传统超合金性能对比图。

从图2可以看出新设计的HfMoScTaZr合金不管在常温下还是高温下，相较于报道的HfMoNbTaTiZr与目前应用广泛的两款高温合金，在性能上都有了较大提高，有望用于航天飞机、火箭等高层次制造行业。

参考文献：
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).