[發明專利]一種高強高韌高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202111207226.5
• 申請日: 2021-10-15
• 公開（公告）號: CN114000029B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 陳冰清;閆泰起;熊華平;劉偉;黃帥
• 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;C22C32/00;C22C1/05;B22F10/20;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 孟慶浩

本發明屬于高熵合金技術領域，涉及一種具有高強高韌性能的高熵合金及其制備方法。高熵合金為NbTiMoVXSi合金，X為Hf或者Zr；當Si元素的原子百分比為0＜Si≤6％，所述高熵合金為NbTiMoVXSi六元高熵合金；當Si元素的原子百分比為6＜Si≤20％，所述高熵合金為NbTiMoVX五元高熵合金，Nb和Si原位反應生成Nb₅Si₃高熔點增強相；本發明的合金通過增材制造形成具有良好韌性和強度的多組元高熵固溶體基體相，并生成高溫下熱動力學穩定的Nb₅Si₃金屬間化合物增強相，這樣可以充分發揮材料的性能優勢，實現高溫強度與室溫韌性的良好匹配。

技術領域

本發明屬于高熵合金技術領域，涉及一種具有高強高韌性能的高熵合金及其制備方法。

背景技術

隨著先進航空發動機渦輪前溫度和推重比的不斷提高，對渦輪葉片等熱端部件的工作溫度提出了更高的要求，傳統材料及大部分超高溫結構材料已不能滿足設計要求。研制具有更高承溫能力的新一代超高溫結構材料迫在眉睫，是先進航空發動機研制中的一大關鍵任務。

Nb-Si基難熔合金具有熔點極高、密度較低、高溫強度良好等優異的綜合性能，是目前超高溫結構材料研究領域的熱點之一，其承溫能力高(1200～1400℃)，是具有潛力的未來高性能燃氣渦輪發動機用超高溫結構材料。然而，相對于優異的高溫強度，Nb-Si基合金的室溫斷裂韌性略顯不足。在目前報道的大部分較好的研究結果中，多元Nb-Si基合金的室溫斷裂韌性為15～20MPa·m^1/2左右。可見，要實現Nb-Si基合金室溫斷裂韌性與高溫強度的良好匹配還是極其困難的，這也是制約Nb-Si基超高溫結構材料走向工程應用的主要障礙。

高熵合金是近年來在探索大塊非晶合金的基礎上發現的一類無序合金。其最典型的組織為多組元的超級固溶體，固溶強化效應異常強烈且存在極大的晶格畸變。這種獨特的晶體結構使得高熵合金具有一些傳統合金無法比擬的非常優異的性能，如高強度、高硬度、高室溫韌性、高耐磨性、高耐腐蝕性、高電阻熱阻以及優異的耐高溫性能等。尤其是，高熵合金的斷裂韌性明顯優于其他合金。

發明內容

本發明的目的是：提供一種具有高強高韌性能的高熵合金及其制備方法，設計一類新型的以Nb、Ti、Mo、V、Hf(Zr)為主要組元的高熵合金，并且還考慮添加合金化元素Si，通過綜合考慮元素熔點、原子半徑、元素間混合焓等因素來對合金成分進行合理設計，并采用激光增材制造技術進行制備。

為解決此技術問題，本發明的技術方案是：

一方面，提供一種高強高韌高熵合金，高熵合金為NbTiMoVXSi合金，X為Hf或者Zr；

當Si元素的原子百分比為0＜Si≤6％，所述高熵合金為NbTiMoVXSi六元高熵合金；

高熵合金中Nb元素的原子百分比為24.5～31％，Ti元素的原子百分比為17.5～23％，Mo元素的原子百分比為17～24.5％，V元素的原子百分比為15～19％，X元素的原子百分比為6.5～9％；

當Si元素的原子百分比為6＜Si≤20％，所述高熵合金為NbTiMoVX五元高熵合金，Nb和Si原位反應生成Nb₅Si₃高熔點增強相；

高熵合金中Nb元素的原子百分比為18～28.5％，Ti元素的原子百分比為13.5～20％，Mo元素的原子百分比為13.5～21.5％，V元素的原子百分比為8.5～22％，X元素的原子百分比為8.5～18％。