[发明专利]一种耐高温氧化的AlCoCrFeNiSiY高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提出一种耐高温氧化的AlCoCrFeNiSiY高熵合金及其制备方法，本发明的AlCoCrFeNiSiY高熵合金对于传统NiCoCrAlY金属材料，通过使用增加合金元素种类Fe、Si，并在含量上做出显著调整，以获得一种抗氧化性强的高熵合金。相比于传统的NiCoCrAlY，本发明的AlCoCrFeNiSiY高熵合金在1150℃循环氧化条件下表现出更加优秀的抗高温氧化增重的性能。其氧化膜均匀致密，结合状态良好。因此，这种高熵合金有潜力在高温和氧化性的环境中作为结构材料应用。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术领域，尤其涉及一种耐高温氧化的AlCoCrFeNiSiY高熵合金及其制备方法。

背景技术

热防护材料在提高工业设备高温部件服役寿命方面有重要应用。以热障涂层为例，一般为沉积在高温合金上的，由金属粘结层和陶瓷层组成的双层涂层。热障涂层可以阻隔高温燃气传热，减缓对基体的氧化和腐蚀，提高燃气轮机中高温合金的使用温度。随着生产要求的提高和技术的进步，燃气轮机涡前温度不断升高。应用于热障涂层的MCrAlY(M＝Ni，Co)和(Ni，Pt)Al两类粘结层在严苛服役环境下性能仍有不足，如金属粘结层氧化物生长速率加快造成其厚度增长较快，金属层和陶瓷层界面结合变差,造成涂层剥落失效。此外，还存在铝贫化和涂层结构退化问题。因而，采取合理的合金组分，在保持较好力学性能的前提下，提高合金抗氧化性能，如减少氧化增重速率，提高氧化物平整性和结合力，有十分重要的意义。在调整合金成分后，也可望用于其他类型耐高温材料的防护。

与传统以单元素为基础的合金不同，多主元高熵合金中含有几种高含量(常大于5％原子分数)的主要合金元素。高的混合熵有助于固溶体而非脆性金属间化合物的生成，扩大了合金元素选择的种类和含量范围。高熵合金中原子常呈无序排列，其组织多为简单的面心立方(FCC)或体心立方(BCC)结构。高熵合金存在强烈的固溶强化和较明显的晶粒细化现象，常具有强度高，耐腐蚀、扩散迟滞等特点，为提升合金抗氧化能力性能提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提出一种耐高温氧化的AlCoCrFeNiSiY高熵合金及其制备方法，使得本发明的高熵合金表现出更加优秀的抗高温氧化增重的性能。

为达到上述目的，本发明提出一种耐高温氧化的AlCoCrFeNiSiY高熵合金，通过NiCoCrAlY天际合金元素种类Fe和Si制备得到AlCoCrFeNiSiY高熵合金。

进一步的，所述AlCoCrFeNiSiY高熵合金内各元素的摩尔百分比含量为：Al16.0～20.0％，Co12.0～18.0％，Cr12.0～18.0％，Fe14.0～20.0％，Ni30～35％，Si1.0～2.0％和Y0.2～0.4％。

本发明还提出一种AlCoCrFeNiSiY高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：准备原材料以及中间合金，并且对所述原材料和中间合金进行预处理；所述原材料包括Al、Co、Cr、Fe、Ni；所述中间合金包括FeSi和AlY；

步骤2：按照AlCoCrFeNiSiY高熵合金的摩尔百分比称取称取所述原材料和所述中间合金；

步骤3：将所述原材料和所述中间合金进行熔炼；包括以下步骤：

步骤3.1：按照熔点由低到高，以由下到上的顺序依次将步骤2中称重的材料放在水冷铜坩埚中；在另一个坩埚中放置除氧物质；

步骤3.2：先用机械泵将所述水冷铜坩埚抽真空至5Pa，然后开启分子泵，继续抽真空至5×10^-3Pa以下，充入惰性气体使得炉内压强为0.4-0.6atm；

步骤3.3：首先对除氧物质进行熔炼2至3次，将炉内残余氧气尽量去除，之后对目标合金进行熔炼，每次熔炼后，将初熔合金锭翻转，继续再次熔炼，熔炼过程重复3-5次，保证成分充分均匀化；