[发明专利](NbMoTaW)100-x

说明书

本发明属于高熵合金和耐高温合金领域，尤其涉及一种(NbMoTaW)_100‑xM_x系难熔高熵合金及制备方法，合金的化学成分如下：(NbMoTaW)_100‑xM_x，(0＜X≤5％)，M是B、C、O三种元素中的一种或两种；其中除元素M外，每种元素的含量均不低于5％，不高于35％。本发明的制备方法包括：首先将所需原料去除表面氧化皮等杂质，并按照原子比称量。再通过真空电弧熔炼将合金成分熔炼成铸锭即可。本发明的高熵合金在室温下具有良好的塑性，同时具有优异的高温强度和塑性，可用于特殊工况环境下的高温结构件等，在高温领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高熵合金和耐高温合金领域，尤其涉及一种在室温下具有良好的塑性和强度，在高温下具有较高力学性能的 (NbMoTaW)_100-xM_x系难熔高熵合金及其制备方法，有望在高温合金领域有重要的应用价值。

技术背景

根据当前高新技术设备发展的需求，具有满足人类需求的新型材料是提高设备可靠性，发挥优异性能的关键因素之一。当前在高温环境下服役的材料主要是用于汽轮机的涡轮叶片，目前多采用钛合金作为压气机盘和叶片的材料，其耐高温能力最高为600℃，同时压气机的后几级的通常采用耐热钢和镍基合金，但随着压气机总压比提高的过程中此类材料将不能满足实际发展的需要。新型耐高温材料的出现逐步取代传统金属材料，使其具有良好的高温强度、高温抗氧化性等综合性能才能满足在此极端环境下达到理想的机械性能。

基于以上使用性能方面的问题同时结合当今航空发动机发展的现状，具有高温强度的新型耐高温材料需要不断发现和优化。高熵合金材料是近年来发现的新型材料之一。通过超过4种金属元素的等原子比或近等原子比混合，使其满足热力学定义高的混合熵。通过添加不同种类的元素，使其各原子均匀分布，形成某一些具有特定晶体结构(FCC,BCC,HCP等)的材料。由于不同原子间具有半径的差异，当形成晶格时原子间相互挤压造成晶格畸变，使晶格扭曲造成原子错排，继而使原子不易自由移动产生固溶强化。由于高熵合金中没有具体的溶质和溶剂的区分，因此可以认为所有的原子都是溶质原子，使固溶强化效果强于传统合金材料。合金元素间存在浓度梯度时就会产生扩散现象。高熵合金的扩散主要表现为取代型原子通过空位机制实现原子的迁移，不同原子之间由于其熔点的差异其活动能力有较大的不同，一般表现为高熔点原子活动能力低于低熔点原子。

根据Senkev等早期通过设计NbMoTaW和NbMoTaWV两种高熵合金对其力学性能和组织结构表征，研究表明该合金体系在高温条件下具有良好的强度(1600℃，600MPa)和塑性，但在室温条件下塑性不足 2％，因此限制了该体系难熔高熵合金材料的进一步使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对当前NbMoTaW难熔高熵合金具有较低的室温塑性，通过向NbMoTaW难熔高熵合金基体中添加少量具有小原子半径的B或C元素形成具有体心立方晶体结构的高熵合金，使该原子分散在合金基体中形成固溶强化。同时分散于界面处的B或C 原子提高界面结合强度。以此增强材料在不同服役环境下的强度和塑性的一种(NbMoTaW)_100-xM_x系难熔高熵合金及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种(NbMoTaW)_100-xM_x系难熔高熵合金，该合金的化学成分如下：(NbMoTaW)_100-xM_x，0＜X≤5％，M为B、C、O三种元素中的一种或两种；其中除元素M外，每种元素的含量(原子比) 均不低于5％，不高于35％。

进一步，当X＝0.04，M为B时，该合金的化学式为： (NbMoTaW)_99.96B_0.04；该合金的室温压缩强度为1350MPa，塑性为6％；合金为单相BCC结构。