[發明專利]一種高溫環境應用的輕質多主元合金

在審

• 申請號: 202010912863.1
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112030053A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 劉宏武;高帆;李臻熙
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22B9/20
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種高溫環境應用的輕質多主元合；涉及一種高溫環境應用的輕質多主元合金及其制備方法。采用鈦、鋁、鈮、鋯四種合金元素作為主要合金元素，按原子百分含量含有：40％～30％Ti、15％～25％Al、15％～25％Zr、20％～23％Nb、0％～5.0％Si、0％～0.5％C，余量為不可避免的雜質。合金密度在5.4g/cm³～5.9g/cm³范圍內，比傳統的相同使用溫度的鎳基高溫合金密度低30％以上，對于結構減重效果顯著。其抗氧化性能優異，可在600℃～750℃長期使用，在航空發動機結構件上具有很好的應用潛力。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種高溫環境應用的輕質多主元合金。

背景技術

在航空發動機材料領域，鎳基高溫合金作為高溫結構材料應用最為廣泛，但是，鎳基高溫合金密度高(≥8.2g/cm³)，在航空發動機結構減重的大背景下，亟待開發新型輕質、耐高溫結構材料。多主元合金是近10幾年來發展出來的一類新型金屬結構材料，根據其組成元素和含量的差異，在結構、功能領域表現出了應用潛力。

現有報道中的可用于高溫結構中的多主元合金以多主元難熔合金體系為主，一類是抗高溫軟化性能好，但是合金密度高，例如NbMoTaW和VNbMoTaW合金，其在1000℃時的壓縮屈服強度分別為548MPa和842MPa，但是其密度分別為13.75g/cm³和12.36g/cm³；另一類是低密度多主元合金，例如，NbTiVZr合金，其密度為6.5g/cm³，600℃的壓縮屈服強度834MPa，但是其在600℃不具有抗氧化性，因此也難于在高溫環境應用。

本專利提出的材料是針對航空航天等高溫環境應用條件開發的，其可以作為傳統鎳基合金的替代材料，實現明顯的結構減重效果。

發明內容

本發明的目的是：提供一種高溫環境應用的輕質多主元合金，以解決目前多主元合金密度高、抗高溫氧化性能不足的技術問題。為航空航天高溫結構件的減重提供替代材料。

為解決此技術問題，本發明的技術方案是：

一種高溫環境應用的輕質多主元合金，所述的多主元合金材料按原子百分含量含有：40％～30％Ti、15％～25％Al、15％～25％Zr、20％～23％Nb、0％～5.0％Si、0％～0.5％C，余量為不可避免的雜質。

所述的輕質多主元合金，合金密度在5.4g/cm³～5.9g/cm³，在750℃及以下溫度抗氧化。

所述的的輕質多主元合金，可在600℃～750℃長期使用。

優選地，所述的多主元合金材料按原子百分含量含有：30％Ti、25％Al、20％Zr、20％Nb、5％Si，余量為不可避免的雜質。

優選地，所述的多主元合金材料按原子百分含量含有：40％Ti、15％Al、24.5％Zr、20％Nb、0.5％C，余量為不可避免的雜質。

優選地，所述的TiAl基復合材料按原子百分含量含有：40％Ti、17％Al、15％Zr、23％Nb、5％Si，余量為不可避免的雜質。

優選地，所述輕質多主元合金可采用電弧熔煉或感應熔煉的方法制備。

優選地，所述輕質多主元合金的變形加工可采用鍛造、軋制或擠壓的方式。

本發明的有益效果是：

(1)本發明中采用鈦、鋁、鈮、鋯四種合金元素作為主要添加元素，組成元素的密度較低，合金密度在5.4g/cm³～5.9g/cm³范圍內，比傳統的相同使用溫度的鎳基高溫合金密度低30％，對于結構減重效果顯著。