[发明专利]一种W-Ta-Mo-Nb-Hf-C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‑Hf‑C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、Hf和C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、Hf和C原料；2)进行真空电弧熔炼。本发明制备的W‑Ta‑Mo‑Nb‑Hf‑C高温高熵合金在1800℃仍具有266MPa强度，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-Hf-C高温高熵合金及其制备方法。

背景技术

近空间高超声速飞行器具有高速度、高机动以及远程精确打击等诸多优点，代表空天飞行器的发展方向。探索耐极端环境的新型高温结构材料成为发展高超声速飞行器和空天飞行技术的迫切需求。目前超高温环境材料普遍选用超高温陶瓷。但超高温陶瓷块体材料断裂韧性较低，其抗热冲击性能受尺寸影响较大，是制约其应用的主要原因。而传统Ni(镍)基高温合金受其熔点限制，使用温度一般不超过1200℃。而由多主元难熔金属元素组成的高温高熵合金，具有高温下高强度、高硬度、良好的高温稳定性及抗高温软化性能，弥补了高温陶瓷和传统高温合金的不足，有望应用于高温航天航空结构件方面。

高熵合金是由至少四种主元形成的固溶体合金，其基本特征是混合熵高，合金相以简单固溶体为主，其综合性能优异，如硬度高、韧性好、良好的耐磨性和耐蚀性等。特别是在高温条件下，高熵合金的相结构稳定、强度高，有望成为新一代高温工程结构材料。2010年美国学者使用真空电弧熔炼法选用Nb(铌)、Mo(钼)、Ta(钽)、W(钨)、V(钒)研究了NbMoTaW和NbMoTaWV两种高温高熵合金(Senkov O N,et al.Intermetallics[J],2010,18(9):1758-1765.)。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；在1600℃下仍然具有405MPa的压缩强度，经过19小时1400℃退火处理之后，合金的组织依然保持简单的体心立方结构，体现出高热稳定性及优良的力学性能(Senkov O N,et al.Intermetallics[J],2011,19(5):698-706.)。

但是NbMoTaW和NbMoTaWV这两种合金的室温塑性差，强度不高。目前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、超细晶强化的合金有待研究，具有高强度、超耐磨的高温高熵合金有待进一步开发。尤其是在1800℃时仍具有高强度的合金未见报道。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-Hf-C高温高熵合金，该高温高熵合金具有双相结构、超细晶强化的结构，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℃时具有510MPa的抗压强度，1800℃时具有266MPa的抗压强度，比现有高温合金具有更高的高温强度和使用温度范围。

本发明的另一目的在于提供上述W-Ta-Mo-Nb-Hf-C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-Hf-C高温高熵合金，所述高温高熵合金中由W、Ta、Mo、Nb、Hf和C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WTaMoNbHfC；