[发明专利]一种Ni-Co-Cr-Al-W-Ta-Mo系高熵高温合金及其制备方法

说明书

一种Ni‑Co‑Cr‑Al‑W‑Ta‑Mo系高熵高温合金及其制备方法，属于高熵合金领域。合金的化学成分为Ni_aCo_bCr_cAl_dW_eTa_fMo_gR_x，其中，R为Re，Ru中的一种或两种。本发明利用机械和化学相结合的方法去除原料金属的表面氧化皮，并使用工业乙醇超声波震荡清洗原料金属；再使用真空电弧炉熔炼合金，当真空度达到5×10^‑2Pa后，充入工业氩气；待母合金充分熔炼均匀后，使用真空浇铸或吸铸设备，将合金注入水冷铜模中，获得高熵合金棒材，在1250℃固溶处理2～6小时，然后在900℃和950℃时效热处理4～50小时。本发明合金具有优异的室温和高温强度、优良的抗高温氧化、优异的抗蠕变与抗疲劳性能和长期组织稳定性，适用于制造航空发动机和燃气轮机热端部件，如叶片和涡轮盘；用于工程机械、特种车辆、煤炭、矿山、铁路等。

技术领域

本发明属于高熵合金领域，涉及一种Ni-Co-Cr-Al-W-Ta-Mo系高熵高温合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(或多主元合金)是近年来发展的一种新型合金材料。这种合金的特点是：包含5种或5种以上的组元，且各组元含量均在5％到35％之间。最近，高熵合金的成分范围已经进一步扩大为包含4种或4种以上的组元，且各组元含量均在5％到50％之间,如Ziming Li等报道的FeMnCoCr高熵合金(9June 2016,Vol 534,Nature:227)中的元素含量范围已经扩大到了50％。高熵合金凝固后并没有形成数目众多的金属间化合物相，而是形成了以简单FCC、BCC或HCP固溶体为主的组织结构。固溶体基体的形成使高熵合金克服了金属间化合物和非晶合金所固有的脆性，所以非常有希望成为一种先进工程结构材料。

近年来，高熵合金的发展大致沿着两个方向，一是发展新的合金体系。CN201410386446.2发明公开了一种高熵合金，该合金由铝、铬、铁、镍、铜、钼组成，其中，各组分的摩尔比例为(1～1.1):(1～1.05):(1～1.05):(1～1.05):(1～1.05):(1～1.05)。CN201410545199.6发明公开了一种高强韧超细晶高熵合金及其制备方法。所述高强韧超细晶高熵合金由以下原子百分比的元素组成：Ni 20％～25％，Fe 18％～20％，Co 18％～22％，Cr 18％～20％，Al 20％～24％，其微观结构是以富含Ni、Al元素的体心立方无序固溶体相为基体相，以含富Fe、Cr元素的面心立方无序固溶体相为增强相。CN201410448734.6发明公开了一种AlCoCuFeNiSi高熵合金及其制备方法，目的是要解决现有结构钢耐热性能不高的问题。该发明制备的高熵合金具有简单的体心立方结构和面心立方结构，屈服强度高达1781.6MPa，断裂强度高达1895.2MPa。该发明的高熵合金能作为结构材料应用于电站锅炉等耐热领域中的承载结构。CN201510788841.8发明公开了一种具有形状记忆效应的NxMy高熵合金及其制备方法，合金的化学成分如下：45≤x≤55,45≤y≤55，N是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo和W中的任意二种或二种以上，且每种元素的含量大于等于5％，小于等于35％；M是V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Cr及Zn中的任意二种或多种，且每种元素的含量大于等于5％，小于等于35％。该发明涉及的合金在较宽温度范围内具有形状记忆效应，同时具有高熵合金的特性。CN201410132963.7公开了一种高硬度BCC高熵合金涂层的制备方法，按照Al1.5CoCrFeNiTi的成分比例选取相应元素的金属粉末。采用粉末等离子喷焊设备进行熔覆，制备出了硬度达到700HV的高熵合金涂层。201610090111.5发明公开了一种用于3D打印的高熵合金非晶粉末及制备方法，属于金属粉末制备技术领域。其等原子百分比组成如下：Cu 15.5～18％、Mn 15～18％、Ti 16～18％、Mo 15～18％、Cr 15～18％、Fe 15～18％，总百分比为100％。此外，本发明申请人也公开了四种具有BCC结构的高熵合金，分别是：(1)一种成分为TiZrNbHfO_x的高熵合金，其中x为摩尔比且取值范围为x＝0～0.1(专利授权号：201310690502.7)。与传统晶体材料相比，本发明的高熵合金表现出高屈服强度和断裂强度，与其他高强度体心结构高熵合金相比，本发明的高熵合金具有高的塑性变形和低加工硬化率。(2)一种高强度低模量TiZrNbHf高熵合金及其制备方法(专利授权号：201310593871.4)。(3)一种TiZrNbVMox高熵合金及其制备方法(专利授权号：201310530812.2),该合金系表现出优异的高温强度和高温稳定性。(4)一种具有超弹性的TiZrHfNbAl高熵合金及其制备方法。