[發明專利]一種高熵合金基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110773192.X
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113549806A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 羅國強;汪瀟;康克家;江師晶;沈強;張聯盟;周衛兵
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C32/00;C22C1/10;B22F3/02;B22F9/04;C22B9/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明公開了一種高熵合金基復合材料，其制備方法如下：按照摩爾比0?1.5：1：1：1稱量WC陶瓷粉末和Mo、Nb、Ta金屬粉末，經球磨混合均勻，制成預制塊；然后采用電弧熔煉爐在高純氬氣保護下將預制塊熔煉成復合材料錠塊，采用電火花加工將復合材料錠塊沿中軸切開后再次熔煉，得到均勻無孔洞的高熵合金基復合材料。本發明所得高熵合金基復合材料具有高于1.30GPa的屈服強度，高于2.21GPa的極限抗壓強度，6.93?11.03GPa的硬度和8.73%?15.24%的高斷裂韌性，可用于液體火箭發動機推力室及相應熱結構件、超燃沖壓發動機的熱結構薄壁構件等高溫領域。

技術領域

本發明涉及一種高熵合金基復合材料及制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

難熔高熵合金主要由難熔金屬元素構成，這些難熔金屬元素主要包括Cr、V、Mo、W、Ti、Nb、Ta、Hf、Zr等，難熔高熵合金通常具有很高的熔點，并且由于高熵合金具有的高熵效應，在高溫下，其高構型熵能夠有效降低其吉布斯自由能，從而提高合金的高溫穩定性，因此，難熔高熵合金通常具有很高的高溫抗軟化能力和高溫強度。所以，難熔高熵合金作為高溫結構材料具有很大的潛力。

在高溫應用領域當中，液體火箭發動機推力室及相應熱結構件、超燃沖壓發動機使用的熱結構薄壁構件、空天飛行器熱結構部件等都要求材料具有很高的高溫強度、高溫性能穩定性和抗高溫燒蝕、氧化等能力。

然而，目前單相難熔高熵合金通常具有較低的室溫塑性，在室溫下容易發生脆性斷裂，限制了其應用。CN201811185685.6公開的高熵合金與多組元碳化物共晶型復合材料，其原料組成體系為Re-Mo-Nb-W-TaC，采用真空電弧熔煉的方法，將Re、Mo、Nb、W純金屬粉體與TaC粉體進行高溫熔煉，原位生成高熵合金相與多組元碳化物相形成共晶型復合材料。該高熵合金與多組元碳化物共晶型復合材料，具有良好的室溫強韌性綜合性能，屈服強度高于1.1GPa，平均極限抗壓強度高于1.8GPa，硬度高于5.8GPa，室溫塑性應變高于5％。但該發明仍存在一些需要進一步改進之處，該發明使用的Re元素屬稀土元素，成本高，且該發明熔煉制備的錠塊致密度不足，內部易出現孔洞，對于材料室溫塑性的提升還不夠明顯。

發明內容

為了改善現有難熔高熵合金室溫塑性的不足，本發明結合難熔高熵合金、共晶合金以及復合材料的綜合設計理念，通過在高熵合金Mo-Nb-Ta體系中添加WC陶瓷相，成功制備出一種綜合力學性能良好的高熵合金基復合材料。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種高熵合金基復合材料，其特征在于，在高熵合金Mo-Nb-Ta體系中添加WC陶瓷相。

一種高熵合金基復合材料，其特征在于，它的原料組成體系為Mo-Nb-Ta-WC，其中，WC和元素Mo、Nb、Ta的摩爾比為0～1.5：0.95～1.05：0.95～1.05：0.95～1.05。進一步地，元素Mo、Nb、Ta中任意兩元素的摩爾比為(0.95～1.05)：1，優選1：1；WC和元素Mo、Nb、Ta中任一元素的摩爾比為0～1.5。最優選地，WC和元素Mo、Nb、Ta的摩爾比為0～1.5：1：1：1。

按上述方案，所述高熵合金基復合材料具有由BCC相和納米級細層片狀共析組織構成的微米級類共晶組織，納米級細層片狀共析組織由BCC相和FCC-MC相構成。

按上述方案，所述高熵合金基復合材料具有高強度和高塑性的綜合性能，具有不低于1.30GPa的高屈服強度，不低于2.21GPa的極限抗壓強度，6.93-11.03GPa的硬度和8.73％-15.24％的高斷裂韌性。

本發明所述高熵合金基復合材料的制備方法，按上述原料組成體系和摩爾比，采用粉體原料混合均勻后，再進行冷高壓成型制備預制塊，最后進行真空電弧熔煉制備得到高熵合金基復合材料錠塊。具體包含如下步驟：