1.本发明属于合金材料技术领域，种多主元制备具体涉及一种多主元合金箔材及其制备方法
。合金
背景技术：
2.与传统合金的箔材单一主导元素设计理念不同，多主元合金是流程一类基于原子尺度“化学无序”开发的新材料，其通常包含3个及3个以上主导元素，种多主元制备属于中熵
、合金
高熵合金范畴，箔材已被证明众多优于传统合金的流程优异性能，如高强度
、种多主元制备
良好的合金高温稳定性
、
良好的箔材耐腐蚀及抗辐照能力，在航空航天
、流程
电子
、种多主元制备
能源等领域展现出巨大的合金发展潜力
。
3.在多主元合金应用的箔材过程中，为了满足各类部件及结构件的应用要求，通常需要将其制备为板
、
带
、
箔材，如电阻合金箔
。
但多主元合金是一类高浓度固溶体合金，通常具有高的本征强度，变形抗力大，塑性有限，这为制备多主元合金板
、
带
、
箔材带来了较大的挑战
。
此外，多主元合金块体由于其组成元素复杂性，其热加工窗口较窄，导致变形加工工艺流程长，耗时费力，这进一步阻碍了新型多主元合金箔材的工业应用和发展
。
技术实现要素：
4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多主元合金箔材及其制备方法，具体包括以下内容：一种多主元合金箔材，所述多主元合金箔材按原子数比记为
zr
x
tiynb
zmw
，其中m为
al、cr、si、b
中的至多一种，所述
42%≤ x ≤55%
，
36%≤ y ≤40%
，
18%≤ z ≤ 0%
，
0 ≤w≤ 5%
，且
x + y + z + w=100%。
5.优选的，所述多主元合金箔材的厚度为
0.05 ~ 0.15mm。
6.一种多主元合金箔材的制备方法，包括以下步骤：（1）熔炼：将
zr、ti、nb、m
原料按照
zr 42% ~ 55%、ti 36% ~ 40%、nb 18% ~ 20%、m 0 ~ 5%
的原子百分比进行配料，其中m为
al、cr、si、b
中的至多一种，然后进行熔炼，得到多主元合金铸锭；（2）一次机加工：对多主元合金铸锭进行一次机加工处理，去除表层氧化皮，得到一次机加工铸锭；（3）热锻：通过热锻工艺对一次机加工铸锭进行改锻，得到轧制板坯；（4）二次机加工：对轧制板坯进行二次机加工及铣面处理，得到二级机加工板坯；（5）热轧：对二级机加工板坯进行多道次热轧，获得厚度均匀且平整的热轧板坯；（6）冷轧：对热轧板坯进行多道次冷轧，得到冷轧板；（7）精轧：对冷轧板进行单次精轧，来进行厚度矫正，得到精轧箔材；（8）退火：对精轧箔材进行退火处理，得到多主元合金箔材成品
。
7.优选的，步骤（1）所述熔炼方法为磁悬浮真空感应熔炼，所述熔炼在高纯氮气保护下进行
。
8.优选的，步骤（3）所述热锻：加热温度区间为
700~900℃
，保温时间为
90~120 min
，
终锻温度区间为
550~750℃
，热锻后对轧制板坯进行空冷
。
9.优选的，步骤（5）所述热轧：温度范围为
650~850℃
，保温为
40~60 min
，每道次压下量
10%~30%
，热轧后将热轧板坯进行空冷
。
10.优选的，步骤（6）所述冷轧：总压下量为
97%~99%
，每道次压下量
15%~20%
，多道次冷轧过程中无需退火处理
。
11.优选的，步骤（7）所述精轧：下压量范围为
5%~10%。
12.优选的，步骤（8）所述退火方法为：对精轧箔材进行真空热处理，温度范围为
500~700 ℃
，保温时长
10~20 min
，然后随炉冷却
。
13.优选的，步骤（1）所得铸锭的直径
φ
为
80~150 mm
；步骤（2）所述去除表层氧化皮的厚度为
0.5~1mm
；步骤（3）所得轧制板坯的厚度为
30~50 mm
；步骤（5）所得热轧板坯的厚度为
6~10 mm
；步骤（7）所得精轧箔材的厚度为
0.05 mm~0.15 mm。
14.本发明的有益效果：（1）本发明开发的多主元合金箔材为
zr-ti-nb-m
系合金属多主元合金体系，通过多种主导元素协同驱动性能设计，具有优异的综合力学性能和独特的理化性能
。
与仅包含有单一主导元素的传统合金箔材不同，本发明开发的多主元合金箔材是一个全新的合金箔材类别，开发多主元合金箔材可为箔材的设计与应用提供新候选材料
。
15.（2）本发明提出了一类新型的多主元合金箔材及其制备方法，所述的多主元合金箔材（
zr-ti-nb-m
系多主元合金箔材）的厚度可以达到
0.05 ~ 0.15 mm。
而且，本发明所述的多主元合金箔材具有优异的冷轧成形能力，热轧板材通过多道次冷轧可直接成型箔材，冷轧过程中无需进行退火处理，冷轧制总变形量为
97%~99%。
16.（3）本发明所公开的多主元合金箔材的厚度可控，加工制备工艺具有流程简单
、
低能耗
、
低成本的特点，本发明中的箔材制备方法操作简单
、
安全可靠，所含元素均无毒无害，且容易获取，具有良好的安全性和经济效益
。
附图说明
17.图1为本发明实施例1制备的多主元合金
zr
43
ti
37
nb
20
的块体照片；图2为本发明实施例1制备的多主元合金
zr
43
ti
37
nb
20
的箔材照片；图3为本发明实施例1制备的多主元合金
zr
43
ti
37
nb
20
的相结构表征结果；图4为本发明实施例2制备的
zr
43
ti
37
nb
17
cr3多主元合金箔材照片；图5为本发明实施例3制备的
zr
43
ti
37
nb
18
al2多主元合块体合金照片；图6为本发明实施例3制备的
zr
43
ti
37
nb
18
al2多主元合金箔材照片
。
实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明
。
下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用
。
另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的
。
19.一种多主元合金箔材，所述多主元合金箔材按原子数比记为
zrxtiynbzmw
，其中m为
al、cr、si、b
中的至多一种，所述
42%≤x≤55%
，
36%≤y≤40%
，
18%≤z≤20%
，
0≤w≤5%
，且
x + y + z + w=100%
；所述多主元合金箔材的厚度为
0.05 ~ 0.15mm。
具体的，所述
x
的取值可
以为
42%、44%、46%、48%、50%、52%、54%、55%
等；所述y的取值可以为
36%、37%、38%、39%、40%
等；所述z的取值可以为
18%、19%、20%
等，所述w可以为
0、1%、2%、3%、4%
等
。
20.一种多主元合金箔材的制备方法，包括以下步骤：（1）熔炼：将
zr、ti、nb、m
原料按照
zr 42% ~ 55%
（例如
42%、44%、46%、48%、50%、52%、54%、55%
）
、ti 36% ~ 40%
（例如
36%、37%、38%、39%、40%
）
、nb 18% ~ 20%
（例如
18%、19%、20%
）
、m 0 ~ 5%
的原子百分比进行配料，其中m为
al、cr、si、b
中的至多一种，然后进行磁悬浮真空感应熔炼，所述熔炼在高纯氮气保护下进行，得到多主元合金铸锭，铸锭的直径
φ
为
80~150 mm
（例如
85mm、90mm、100mm、110mm、120mm、140mm
等）；（2）一次机加工：对多主元合金铸锭进行一次机加工处理，去除表层氧化皮，去除表层氧化皮的厚度为
0.5~1mm
，得到一次机加工铸锭；（3）热锻：通过热锻工艺对一次机加工铸锭进行改锻，加热温度区间为
700~900℃
（例如
720℃、750℃、780℃、800℃、850℃、880℃
等），保温时间为
90~120 min
（例如
92min、95min、98min、100min、105min、110min、115min
等），终锻温度区间为
550~750℃
（例如
580℃、600℃、620℃、650℃、680℃、690℃
等），热锻后对轧制板坯进行空冷，得到厚度为
30~50 mm
（例如
32mm、35mm、38mm、40mm、42mm、45mm
等）的轧制板坯；（4）二次机加工：对轧制板坯进行二次机加工及铣面处理，得到二级机加工板坯；（5）热轧：对二级机加工板坯进行多道次热轧，温度范围为
650~850℃
（例如
680℃、700℃、720℃、750℃、780℃、800℃
等），保温为
40~60 min
（例如
42min、45min、48min、50min、52min、55min、58min
等），每道次压下量
10%~30%
（例如
12%、15%、18%、20%、22%、25%、28%
等），热轧后将热轧板坯进行空冷，获得厚度均匀且平整的厚度为
6~10 mm
（例如
6mm、7mm、8mm、9mm、10mm
等）的热轧板坯；（6）冷轧：对热轧板坯进行多道次冷轧，总压下量为
97%~99%
（例如
97%、97.5%、98%、98.5%、99%
等），每道次压下量
15%~20%
（例如
15%、16%、17%、18%、19%、20%
等），多道次冷轧过程中无需退火处理，得到冷轧板；（7）精轧：对冷轧板进行单次精轧，来进行厚度矫正，下压量范围为
5%~10%
（例如
5%、6%、7%、8%、9%、10%
等），得到厚度为
0.05 mm~0.15 mm
（例如
0.06mm、0.08mm、0.10mm、0.12mm、0.14mm
等）的精轧箔材；（8）退火：对精轧箔材进行退火处理，所述退火方法为：对精轧箔材进行真空热处理，温度范围为
500~700 ℃
（例如
520℃、550℃、580℃、600℃、650℃、680℃
等），保温时长
10~20 min
（例如
12min、14min、16min、18min、19min
等），然后随炉冷却，得到多主元合金箔材成品
。
21.实施例122.一种多主元合金箔材
zr
43
ti
37
nb
20
，其成分（原子百分比）包括：
zr 43%
，
ti 37%
，
nb 20%
，所述的多主元合金箔材的厚度为
0.09 mm。
23.本实施例所述的多主元合金箔材的制备方法，包括以下步骤：（1）采用纯度均不低于
99.5 wt%
的
zr、ti、nb
金属单质作为原料，按照上述原子百分比准备总重量为
5 kg
的原料，并进行原料清洗；（2）将准备好的原料放入感应熔炼炉中，然后抽真空，当腔体内气压小于1×
10-2 pa 后，充入高纯氩气进行保护，充分熔化金属原料后，将合金熔液浇铸至模具中得到多主
元合金铸锭
。
24.（3）通过机加工处理去掉合金铸锭表面氧化皮，去除氧化皮的厚度为
0.7 mm
，并对合金铸锭进行铣光，机加工后合金锭坯如图1所示
。
25.（4）将铣光后的合金铸锭放入热处理炉中加热，保温温度为
850℃
，保温
90min。
26.（5）通过热锻对合金铸锭进行3火次改锻，总变形量为
85%
，终锻温度为
600℃
，将其改锻为厚度约
30 mm
的板坯，改锻后的合金坯料空冷至室温
。
27.（6）空冷后的坯料进行机加工及铣面处理，去除表面氧化皮
。
28.（7）铣面后的厚板放入热处理炉中进行加热，加热温度为
650℃
，保温
50min。
29.（8） 对加热后的合金坯进行多道次热轧，每道次的变形量为
30%
，最后一道次压下率为
15%
，热轧后板坯的厚度为
10 mm。
30.（9）对热压后的板坯进行多道次冷轧，冷轧总变形量为
99%
，每道次压下量
15%
，厚度为
0.1 mm。
31.（
10
）箔材的最终矫正冷轧变形量为
10%
，箔材终轧后的厚度为
0.09 mm
，所获得多主元箔材如图2所示
。
32.（
11
）合金箔材进行在
550℃
下真空退火，保温时间为
15 min
，随炉冷却
。
33.（
12
）所获多主元合金箔材的相结构为体心立方结构，如图3所示，所获多主元合金箔材的屈服强度大于
650 mpa。
34.实施例235.一种多主元合金箔材
zr
43
ti
37
nb
17
cr3，其成分（原子百分比）为：
zr 43%
，
ti 37%
，
nb 17 %
， cr 3%
，所述的多主元合金箔材的厚度为
0.1 mm。
36.本实施例所述多主元合金箔材的制备方法，包括以下步骤：（1）采用纯度均不低于
99.5 wt%
的
zr、ti、nb
金属单质作为原料，按照上述原子百分比准备总重量为
5 kg
的原料，并进行原料清洗；（2）将准备好的原料放入感应熔炼炉中，然后抽真空，当腔体内真空度低于1×
10-2 pa 后，充入高纯氩气进行保护，充分熔化金属原料后，将合金熔液浇铸至模具中得到多主元合金铸锭
。
37.（3）通过机加工处理去掉合计铸锭表面氧化皮，去除氧化皮的厚度为
0.7 mm
，并对合金铸锭进行铣光
。
38.（4）将铣光后的合金铸锭放入热处理炉中加热，保温温度为
870 ℃
，保温
90 min。
39.（5）通过热锻对合金铸锭进行3火次改锻，总变形量为
85%
，终锻温度为
700 ℃
，将其改锻为厚度约
30mm
的板坯，改锻后的合金坯料空冷至室温
。
40.（6）空冷后的坯料进行机加工及铣面处理，去除表面氧化皮
。
41.（7） 铣面后的厚板放入热处理炉中进行加热，加热温度为
700 ℃
，保温
50min。
42.（8） 对加热后的合金坯进行多道次热轧，每道次的变形量为
25%
，最后一道次压下率为
15%
，热轧后板坯的厚度为
10 mm。
43.（9）对热压后的板坯进行多道次冷轧，冷轧总变形量为
99%
，每道次压下量
15%
，厚度为
0.11 mm。
44.（
10
）箔材的最终矫正冷轧变形量为
9.1%
，箔材终轧后的厚度为
0.1 mm
，所获得多主元箔材如图4所示
。
45.实施例346.一种多主元合金箔材
zr
43
ti
37
nb
18
al2，其成分（原子百分比）为：
zr 43%
，
ti 37%
，
nb 18 %
， al 2%
，所述的多主元合金箔材的厚度为
0.15mm。
47.本发明所述多主元合金箔材的制备方法，包括以下步骤：（1）采用纯度均不低于
99.5 wt%
的
zr、ti、nb、al
金属单质作为原料，按照上述原子百分比准备总重量为
kg
的原料，并进行原料清洗；（2）将准备好的原料放入感应熔炼炉中，然后抽真空，当腔体内气压小于1×
10-2 pa 后，充入高纯氩气进行保护，充分熔化金属原料后，将合金熔液浇铸至模具中得到多主元合金铸锭
。
48.（3）通过机加工处理去掉合计铸锭表面氧化皮，去除氧化皮的厚度为
0.7 mm
，并对合金铸锭进行铣光，所制备的合金块体如图5所示
。
49.（4） 铣面后的合金铸锭放入热处理炉中加热，保温温度为
800 ℃
，保温
90 min。
50.（5）通过热锻对合金铸锭进行3火次改锻，总变形量为
85%
，终锻温度为
700 ℃
，将其改锻为厚度约
30 mm
的板坯，改锻后的合金坯料空冷至室温
。
51.（6）空冷后的坯料进行机加工及铣面处理，去除表面氧化皮
。
52.（7） 铣面后的厚板放入热处理炉中进行加热，加热温度为
650 ℃
，保温
50 min。
53.（8） 对加热后的合金坯进行多道次热轧，每道次的变形量为
20%
，最后一道次压下率为
15%
，热轧后板坯的厚度为
10 mm。
54.（9）对热压后的板坯进行多道次冷轧，冷轧总变形量为
99%
，每道次压下量
15%
，厚度范围为
0.16 mm。
55.（
10
）箔材的最终矫正冷轧变形量为
6.3%
，箔材终轧后的厚度为
0.15 mm
，所获得多主元箔材如图6所示
。
56.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明
。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现
。
因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围
。