[发明专利]一种基于难熔高熵合金的超高温复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于难熔高熵合金的超高温复合材料及其制备方法，涉及金属基复合材料及其制备领域。该复合材料制备方法为：1)取所含元素的单质材料，净化；2)步骤1)得到的材料置于真空非自耗电弧炉中，抽真空后通入氩气；3)熔炼，得到基于难熔高熵合金的超高温复合材料。上述方法降低了材料的密度；大幅提高的高温性能和密度的降低显著提高了材料的高温比强度，从而制备出基于高熵合金的具有在超高温条件下服役的复合材料。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料及其制备领域，提供了一种在氩气气氛下熔炼制备难熔高熵合金基复合材料的制备方法。

背景技术

随着航空航天领域的不断发展，对高温结构材料的需求越来越大，对材料性能的要求也越来越高，某些一次性高超音速飞行器外表面与空气摩擦温度可达1400度，传统的高温合金难以在这种温度要求下达到服役目标，这使传统的高温合金领域面临着巨大的挑战。多主元高熵合金的合金设计理念为开发性能优异的高温结构材料提供了新的思路。根据高熵合金的设计思路，国内外研究者已制备了一系列难熔的高熵合金，这些合金系的组成元素均为难熔金属元素。如美国空军研究实验室制备的NbMoTaW和VNbMoTaW难熔高熵合金在800℃以上时其压缩屈服强度均显著高于Inconel 718和Haynes 230两种超合金。这类合金虽然具有较为优异的高温强度，但是在某些极限条件下，高温性能仍然有待于进一步提升；另外，此类合金密度也相对较大，因此高温比强度较低。这些将大大阻碍难熔高熵合金作为高温结构材料的工程应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种简单、高效地制备具有极其优越的高温性能、低密度、具有高的高温比强度的难熔高熵合金基复合材料的方法。本发明在纯净氩气的气氛下熔炼难熔高熵合金基复合材料，在复合材料凝固后，从而制备成功。

本发明中所开发的难熔高熵合金基复合材料所述复合材料含有Nb、Mo、W、Ta、V和Si元素，为NbMoWTaV-Si_0.3，复合材料组成元素的原子比为，Nb:Mo:W:Ta:V:Si＝1:1:1:1:1:0.3。

本发明的一种改善难熔高熵合金室温塑性的制备方法按照以下步骤实现：

1)取Nb、Mo、W、Ta、V和Si的单质材料，净化；

2)步骤1)得到的材料置于非自耗真空电弧炉中，抽真空后通入氩气；

3)熔炼，得到基于难熔高熵合金的超高温复合材料。

步骤1)所述Nb、Mo、W、Ta、V和Si的单质材料加料比为：各元素的原子比为Nb:Mo:W:Ta:V:Si＝1:1:1:1:1:0.3。

步骤2)所述真空压强为5×10^-3Pa。

步骤2)通入的氩气纯度为99.999％，通入氩气后熔炼室内总压力为50KPa。

步骤3)所述熔炼，熔炼的电流为750A。

步骤3)所述熔炼，每次熔炼具体操作为：将电流升至750A，待材料完全熔化为液态后，保持电流不变熔炼10min，然后关闭电流；待材料冷却后翻转材料，重复上述熔炼操作，上述熔炼操作共进行8次。

步骤2)所所述材料按照熔点由低到高依次放置到水冷铜坩埚中。

步骤1)所述净化，具体为：材料表面打磨去除氧化皮，先后使用工业乙醇和丙酮在超声波条件下震荡清洗。

有益效果