[发明专利]一种W-Ta-Mo-Nb-Zr高温高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种W‑Ta‑Mo‑Nb‑Zr高温高熵合金及其制备方法。该高温高熵合金中由W、Ta、Mo、Nb和Zr等原子比或非等原子比组成。本发明还提供该高温高熵合金的制备方法，包括：1)称取所需重量的W、Ta、Mo、Nb、Zr原料；2)进行真空电弧熔炼。本发明制备的W‑Ta‑Mo‑Nb‑Zr高温高熵合金可用于弥补镍基高温合金1200℃以上温度时强度不足，取代镍基高温合金用于高温结构领域。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种耐高温的高熵合金及其制备方法，具体涉及一种W-Ta-Mo-Nb-Zr高温高熵合金及其制备方法。

背景技术

随着科技的迅猛发展，人类在航空航天飞行器的制备技术不断提高，距离梦想日趋接近，但同时对材料超高温性能的需求与日俱增。为了满足航空航天飞行器在超高温、高真空、高压力等极端条件下服役与延寿需求，除了依靠优化的结构设计，还与装备材料本身的性能息息相关。要求金属部件具有良好的高温韧性，以避免突然发生断裂而引起的灾难性结构失效。尤其是飞行器热端部件既要承受超高温氧化，又要抵抗剧烈温度冲击和强气流冲刷。即飞行器热端材料应具有高温稳定结构、高温抗氧化性能、耐气流抖动和引擎振动性能等特性。

高温合金已广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船等行业。受传统合金理念的影响，现行使用的高温合金大多以Ni(镍)元素为主，并在Ni基合金中添加少量其他元素以强化合金的力学性能、耐超高温、耐磨损等性能。但由于合金主元熔点的限制，当前研发的镍基高温合金使用温度大多不超过1200℃。传统的钴基、镍基、铁基高温合金已经无法满足要求，这就亟待发展具有优良的高温力学性能、高温抗氧化性能、耐超高温冲蚀等更加优异的高温材料。高温陶瓷具有优异的耐氧化、抗烧蚀性能，但其抗热震性差、脆性大，振动环境下容易失效。高温高熵合金具有良好的耐超高温性能，高温下具有良好的高温强度、抗氧化腐蚀性、断裂韧性和优异的抗疲劳性能，是当前航空发动机、航天飞行器承载件的首选材料。受高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应的作用，以高熔点元素为组元的高温高熵合金具有高强度、高硬度、耐腐蚀、高耐磨等优异的力学性能。高温下高温高熵合金仍然具有较高的强度和组织稳定性。NbMoTaW高温高熵合金具有单相体心立方(BCC)结构，室温最大抗压强度为1211MPa，塑性为2.1％，脆性大，塑性不好，强度有待提高。

然而，目前研究的高温高熵合金的室温塑性不高，脆性大，强度有待进一步提高。国内对高温高熵合金的研究较少，可供选择的高温高熵合金体系不足，这限制了我国在高温结构材料上的选择空间。具有双相结构的合金有待研究，具有高强度、高塑性的高温高熵合金有待进一步开发。对高温高熵合金的力学性能改善，有利于完善高温高熵合金体系，能获得更好的高温服役金属材料，对提高我国高温结构材料工程应用和理论研究具有非常重要的工程和科学意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种W-Ta-Mo-Nb-Zr高温高熵合金，该高温高熵合金为密排六方(HCP)结构弥散强化体心立方(BCC)结构，其室温抗压强度和塑性均比现有NbMoTaW高熵合金具有显著提高。1600℃时仍具有48MPa的抗压强度，比现有高温合金具有更高使用温度范围。

本发明的另一目的在于提供上述W-Ta-Mo-Nb-Zr高温高熵合金的制备方法，该制备方法采用真空电弧熔炼法制备合金铸锭，简单易行，铸锭组织均匀。

为了实现上述目的，本发明提供一种W-Ta-Mo-Nb-Zr高温高熵合金，所述高温高熵合金中由W、Ta、Mo、Nb和Zr等原子比或非等原子比组成；

其中，该高温高熵合金以等原子比组成时化学式记为WTaMoNbZr；

该高温高熵合金以非等原子比组成时，化学式记为W_aTa_bMo_cNb_dZr_e，其中原子百分数a、b、c、d和e均为15～25，且a+b+c+d+e＝100。