[发明专利]一种Ni-Co-Al-Cr-Fe系单晶高熵高温合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵高温合金及其制备方法，属于高熵合金领域。其合金化学成分按原子百分比为：Ni 35～40％,Co 30～35％，Al 10～13％，Cr 5～10％，Fe5～8.5％，Ti 1～2.5％，Ta 1～3％，Mo0.01～1％，W0.01～1％，Re0～1％,C0.02～0.12％,B0.002～0.015％，Hf0.005～0.12％，RE0.05～0.15％，14％≤Al+Ti+Ta≤16％，其中RE为Ce、La和Y中任一种稀土元素。该合金的制备工艺为将合金元素按照摩尔比进行称量配比，放入熔炼炉中进行熔炼，高温精炼浇铸成合金锭，采用高速凝固Bridgeman法制备001取向的单晶高熵高温合金棒材，随后对合金棒材进行固溶处理和二级时效处理。所制备合金棒材具有良好的高温强度和抗热腐蚀性能，是航空发动机和工业燃气轮机热端部件的候选材料。

技术领域

本发明属于高熵合金领域,涉及一种Ni-Co-Al-Cr-Fe系单晶高熵高温合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是指包括5个或5个以上的组元，且各组元原子比相等或近等的新型合金体系。从混合熵大小来判断，高熵合金一般满足混合熵ΔS_mix1.5R(R为气体常数)的要求(混合熵的计算按照公式式中，i代表合金中的任意元素，N为合金中所有元素数之和，c_i为i元素的摩尔分数)。高熵合金一般形成固溶体，具有结构上的晶格畸变效应，动力学上的迟滞扩散效应，性能上的鸡尾酒效应，容易获得热稳定性高的固溶体相和纳米结构甚至是非晶结构。高熵合金具有较高的断裂韧性、高的强度、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性、高耐腐蚀及耐辐照等传统合金所不能同时具有的优异性能，因而在工程结构特别是航空发动机耐高温部件中有着相当大的应用潜力。

先进高温结构材料是指在高温下具有高温强度、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的材料。高熵合金与传统材料相比，无论作为未来高温结构材料还是功能材料，其性能都需要进一步优化和提高。例如，具有优异低温断裂韧性的FeCoNiCrMn高熵合金，其室温和高温强度过低，无法达到实际工程应用要求；在高温下具有远高于镍基高温合金强度的TaNbMoWV和TaNbMoW合金，其较高的密度和原材料价格，较差的抗氧化能力，也严重阻碍了其高温应用；而具有较高室温硬度的AlCoCrFeNi高熵合金，室温拉伸时表现出脆性等。另外，目前对工程结构用高熵合金的研究主要集中在对其作为室温力学性能上，对其在高温力学性能应用潜能探索还较少。因此，针对现有高熵合金普遍存在的高温强化能力不足、脆性大和抗氧化性差等问题，通过固溶强化和析出强化等强化手段进一步提高该合金的力学性能，利用成分优化来提高合金的抗氧化性能等，是目前高熵合金在高温结构材料领域的应用中亟需解决的问题。

发明内容

本发明设计了一种含有Ni,Co,Al,Cr,Fe,Ti,Ta,Mo,W,Re,C,B,Hf,RE等元素的高熵高温合金，该合金是基于高熵效应提出的一类新概念合金，属高熵合金领域范畴。

一种Ni-Co-Al-Cr-Fe系单晶高熵高温合金，其特征在于合金化学成分按原子百分比为：Ni 35～40％,Co 30～35％，Al 10～13％，Cr 5～10％，Fe5～8.5％，Ti 1～2.5％，Ta1～3％，Mo 0.01～1％，W 0.01～1％，Re 0～1％,C 0.02～0.12％,B 0.002～0.015％，Hf0.005～0.12％，RE 0.05～0.15％，14％≤Al+Ti+Ta≤16％，其中RE为Ce、La和Y中任一种稀土元素；本发明合金成分必须满足混合熵ΔS_mix1.5R，R为气体常数，所述混合熵ΔS_mix按照公式式中，i代表Ni,Co,Al,Cr,Fe,Ti,Ta,Mo,W,Re,C,B,Hf,RE中的任意元素，N为本发明合金中所有元素数之和，c_i为i元素的摩尔分数。

一种如上所述的Ni-Co-Al-Cr-Fe系单晶高熵高温合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：