[發(fā)明專利]一種W-Ta-Mo-Nb-Hf-C高溫高熵合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010163307.9
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111363964B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁秀兵;萬義興;張志彬;胡振峰;莫金勇;沈?qū)汖?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院;中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22C1/03;C22C32/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 張晶

本發(fā)明提供一種W?Ta?Mo?Nb?Hf?C高溫高熵合金及其制備方法。該高溫高熵合金中由W、Ta、Mo、Nb、Hf和C等原子比或非等原子比組成。本發(fā)明還提供該高溫高熵合金的制備方法，包括：1)稱取所需重量的W、Ta、Mo、Nb、Hf和C原料；2)進(jìn)行真空電弧熔煉。本發(fā)明制備的W?Ta?Mo?Nb?Hf?C高溫高熵合金在1800℃仍具有266MPa強(qiáng)度，可用于彌補(bǔ)鎳基高溫合金1200℃以上溫度時強(qiáng)度不足，取代鎳基高溫合金用于高溫結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種耐高溫的高熵合金及其制備方法，具體涉及一種W-Ta-Mo-Nb-Hf-C高溫高熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)

近空間高超聲速飛行器具有高速度、高機(jī)動以及遠(yuǎn)程精確打擊等諸多優(yōu)點，代表空天飛行器的發(fā)展方向。探索耐極端環(huán)境的新型高溫結(jié)構(gòu)材料成為發(fā)展高超聲速飛行器和空天飛行技術(shù)的迫切需求。目前超高溫環(huán)境材料普遍選用超高溫陶瓷。但超高溫陶瓷塊體材料斷裂韌性較低，其抗熱沖擊性能受尺寸影響較大，是制約其應(yīng)用的主要原因。而傳統(tǒng)Ni(鎳)基高溫合金受其熔點限制，使用溫度一般不超過1200℃。而由多主元難熔金屬元素組成的高溫高熵合金，具有高溫下高強(qiáng)度、高硬度、良好的高溫穩(wěn)定性及抗高溫軟化性能，彌補(bǔ)了高溫陶瓷和傳統(tǒng)高溫合金的不足，有望應(yīng)用于高溫航天航空結(jié)構(gòu)件方面。

高熵合金是由至少四種主元形成的固溶體合金，其基本特征是混合熵高，合金相以簡單固溶體為主，其綜合性能優(yōu)異，如硬度高、韌性好、良好的耐磨性和耐蝕性等。特別是在高溫條件下，高熵合金的相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度高，有望成為新一代高溫工程結(jié)構(gòu)材料。2010年美國學(xué)者使用真空電弧熔煉法選用Nb(鈮)、Mo(鉬)、Ta(鉭)、W(鎢)、V(釩)研究了NbMoTaW和NbMoTaWV兩種高溫高熵合金(Senkov O N,et al.Intermetallics[J],2010,18(9):1758-1765.)。NbMoTaW高溫高熵合金具有單相體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)，室溫最大抗壓強(qiáng)度為1211MPa，塑性為2.1％，脆性大，塑性不好，強(qiáng)度有待提高；在1600℃下仍然具有405MPa的壓縮強(qiáng)度，經(jīng)過19小時1400℃退火處理之后，合金的組織依然保持簡單的體心立方結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出高熱穩(wěn)定性及優(yōu)良的力學(xué)性能(Senkov O N,et al.Intermetallics[J],2011,19(5):698-706.)。

但是NbMoTaW和NbMoTaWV這兩種合金的室溫塑性差，強(qiáng)度不高。目前國內(nèi)對高溫高熵合金的研究較少，可供選擇的高溫高熵合金體系不足，這限制了我國在高溫結(jié)構(gòu)材料上的選擇空間。具有雙相結(jié)構(gòu)、超細(xì)晶強(qiáng)化的合金有待研究，具有高強(qiáng)度、超耐磨的高溫高熵合金有待進(jìn)一步開發(fā)。尤其是在1800℃時仍具有高強(qiáng)度的合金未見報道。對高溫高熵合金的力學(xué)性能改善，有利于完善高溫高熵合金體系，能獲得更好的高溫服役金屬材料，對提高我國高溫結(jié)構(gòu)材料工程應(yīng)用和理論研究具有非常重要的工程和科學(xué)意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種W-Ta-Mo-Nb-Hf-C高溫高熵合金，該高溫高熵合金具有雙相結(jié)構(gòu)、超細(xì)晶強(qiáng)化的結(jié)構(gòu)，其室溫抗壓強(qiáng)度和塑性均比現(xiàn)有NbMoTaW高熵合金具有顯著提高。1600℃時具有510MPa的抗壓強(qiáng)度，1800℃時具有266MPa的抗壓強(qiáng)度，比現(xiàn)有高溫合金具有更高的高溫強(qiáng)度和使用溫度范圍。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述W-Ta-Mo-Nb-Hf-C高溫高熵合金的制備方法，該制備方法采用真空電弧熔煉法制備合金鑄錠，簡單易行，鑄錠組織均勻。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種W-Ta-Mo-Nb-Hf-C高溫高熵合金，所述高溫高熵合金中由W、Ta、Mo、Nb、Hf和C等原子比或非等原子比組成；

其中，該高溫高熵合金以等原子比組成時化學(xué)式記為WTaMoNbHfC；