[發(fā)明專利]一種耐高溫難熔高熵合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011366795.X
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112609118B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧一平;武士崳;李廷舉;王同敏;曹志強;接金川;康慧君;張宇博;陳宗寧;郭恩宇
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/02
• 代理公司: 大連格智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21238
• 代理人: 劉琦

本發(fā)明提供一種耐高溫難熔高熵合金及其制備方法，耐高溫難熔高熵合金的通式為NbTaW_0.5MxCy，其中M為Mo和/或Hf元素，其中0≤x≤1，0.05≤y≤0.5，x和y為摩爾比，本發(fā)明耐高溫難熔高熵合金包含了特定的元素選擇和組配，在超高溫條件下(1200℃)的高溫壓縮性能遠超傳統(tǒng)合金，同時經(jīng)過合適的熱處理工藝室溫下可以具有優(yōu)異的強度和一定的塑性。本發(fā)明還公開了上述超高熔點合金的制備方法，該方法簡單易行，便于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金技術(shù)，尤其涉及一種耐高溫難熔高熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)

目前常用的耐高溫難熔合金中鉭合金具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕和加工性能好等特點，是航空航天、化學、核工業(yè)、高溫技術(shù)等領(lǐng)域不可缺少的重要材料。純鉭在高溫時的力學性能并不十分出眾，作為熱強結(jié)構(gòu)合金的基體，需要向鉭中添加鎢，鉬等元素提高其高溫強度，例如Ta-10％W-2.5％Mo，Ta-8W％-2％Hf等合金的工作溫度均能超過1300℃。而目前航空航天以及核工業(yè)中對高溫材料提出了更嚴峻的要求，迫切需要能在超高溫環(huán)境下服役的材料。現(xiàn)有技術(shù)存在的主要瓶頸是，提高鎢鉭合金的熱強性能需要添加更多的鎢，鉬元素，會顯著的降低合金的塑性，并且相對來說鉭資源并不是那么豐富，如何更加合理的應用鉭資源顯得十分重要。所以，亟待一種室溫塑性優(yōu)良、超高溫條件下強度高且穩(wěn)定的金屬合金。

鑒于上述需求，我們采用高熵合金設(shè)計理念，跳脫了傳統(tǒng)合金設(shè)計的范疇，通過多組元的合金設(shè)計理念降低戰(zhàn)略金屬鉭的使用，降低合金的密度，通過高的固溶強化和多種強化手段來保持并提高合金的高溫強度和室溫塑性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對極端環(huán)境下合金高溫力學性能的嚴格要求，提出一種耐高溫難熔高熵合金，該合金的高溫性能遠超傳統(tǒng)合金，同時鑄態(tài)和退火態(tài)具有良好的力學性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種耐高溫難熔高熵合金，其通式為NbTaW_0.5MxCy，其中M為Mo和/或Hf元素，其中0≤x≤1，0.05≤y≤0.5，x和y為摩爾比。

進一步地，所述通式NbTaW_0.5MxCy中，0≤x≤1，0.05≤y≤0.25。

本發(fā)明中M選自Mo和/或Hf元素，通過控制M元素的種類可以控制合金中碳化物強化相的晶體類型，當M為Mo元素時，碳化物類型為密排六方結(jié)構(gòu)；當M為Hf元素時，碳化物可被誘導為為面心立方結(jié)構(gòu)，碳化物的類型會顯著的影響合金的力學性能。

本發(fā)明的另一個目的還公開了上述耐高溫難熔高熵合金的制備方法，包括以下步驟：將Nb、Ta、W、M(Mo和/或Hf)和C按照配比堆放，采用真空電弧熔煉，獲得耐高溫難熔高熵合金，其中所述C元素的添加采用陶瓷碳化物Mo₂C和/或NbC。

進一步地，堆放時，所述陶瓷碳化物粉末或顆粒放在最下面，Nb和Ta原料放在中間，所述W放在最上面。

進一步地，所述Ta、W、Nb、M(Mo或Hf)和陶瓷碳化物粉末或顆粒皆選用純度為99.5wt％以上的工業(yè)級原料。

進一步地，在真空電弧熔煉過程中，抽真空至5×10-3Pa—3×10-3Pa，然后反沖氬氣至0.03—0.05Mpa，優(yōu)選為-0.05Pa，真空熔煉能很好的保護所熔煉的合金不發(fā)生氧化。

進一步地，所述真空電弧熔煉時，合金鑄錠翻轉(zhuǎn)熔煉六至八次，以保證成分均勻。

本發(fā)明的另一個目的還公開了一種耐高溫難熔高熵合金在航空航天領(lǐng)域要求高強、超高溫抗軟化性關(guān)鍵金屬部件領(lǐng)域的應用。

本發(fā)明耐高溫難熔高熵合金配方科學、合理，其制備方法簡單、易行。本發(fā)明所述耐高溫難熔高熵合金與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點：