[发明专利]一种高温环境应用的轻质多主元合金

说明书

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高温环境应用的轻质多主元合；涉及一种高温环境应用的轻质多主元合金及其制备方法。采用钛、铝、铌、锆四种合金元素作为主要合金元素，按原子百分含量含有：40％～30％Ti、15％～25％Al、15％～25％Zr、20％～23％Nb、0％～5.0％Si、0％～0.5％C，余量为不可避免的杂质。合金密度在5.4g/cm³～5.9g/cm³范围内，比传统的相同使用温度的镍基高温合金密度低30％以上，对于结构减重效果显著。其抗氧化性能优异，可在600℃～750℃长期使用，在航空发动机结构件上具有很好的应用潜力。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高温环境应用的轻质多主元合金。

背景技术

在航空发动机材料领域，镍基高温合金作为高温结构材料应用最为广泛，但是，镍基高温合金密度高(≥8.2g/cm³)，在航空发动机结构减重的大背景下，亟待开发新型轻质、耐高温结构材料。多主元合金是近10几年来发展出来的一类新型金属结构材料，根据其组成元素和含量的差异，在结构、功能领域表现出了应用潜力。

现有报道中的可用于高温结构中的多主元合金以多主元难熔合金体系为主，一类是抗高温软化性能好，但是合金密度高，例如NbMoTaW和VNbMoTaW合金，其在1000℃时的压缩屈服强度分别为548MPa和842MPa，但是其密度分别为13.75g/cm³和12.36g/cm³；另一类是低密度多主元合金，例如，NbTiVZr合金，其密度为6.5g/cm³，600℃的压缩屈服强度834MPa，但是其在600℃不具有抗氧化性，因此也难于在高温环境应用。

本专利提出的材料是针对航空航天等高温环境应用条件开发的，其可以作为传统镍基合金的替代材料，实现明显的结构减重效果。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高温环境应用的轻质多主元合金，以解决目前多主元合金密度高、抗高温氧化性能不足的技术问题。为航空航天高温结构件的减重提供替代材料。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种高温环境应用的轻质多主元合金，所述的多主元合金材料按原子百分含量含有：40％～30％Ti、15％～25％Al、15％～25％Zr、20％～23％Nb、0％～5.0％Si、0％～0.5％C，余量为不可避免的杂质。

所述的轻质多主元合金，合金密度在5.4g/cm³～5.9g/cm³，在750℃及以下温度抗氧化。

所述的的轻质多主元合金，可在600℃～750℃长期使用。

优选地，所述的多主元合金材料按原子百分含量含有：30％Ti、25％Al、20％Zr、20％Nb、5％Si，余量为不可避免的杂质。

优选地，所述的多主元合金材料按原子百分含量含有：40％Ti、15％Al、24.5％Zr、20％Nb、0.5％C，余量为不可避免的杂质。

优选地，所述的TiAl基复合材料按原子百分含量含有：40％Ti、17％Al、15％Zr、23％Nb、5％Si，余量为不可避免的杂质。

优选地，所述轻质多主元合金可采用电弧熔炼或感应熔炼的方法制备。

优选地，所述轻质多主元合金的变形加工可采用锻造、轧制或挤压的方式。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中采用钛、铝、铌、锆四种合金元素作为主要添加元素，组成元素的密度较低，合金密度在5.4g/cm³～5.9g/cm³范围内，比传统的相同使用温度的镍基高温合金密度低30％，对于结构减重效果显著。