[发明专利]一种NbCrReRuMo高强难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料领域，具体为一种NbCrReRuMo高强难熔高熵合金及其制备方法。所述高熵合金由Nb、Cr、Re、Ru、Mo组成，其中各组分按原子百分比构成为Nb：20‑23%、Cr：20‑23%、Re：20‑23%、Ru：20‑23%、Mo：8‑20%。本发明采用机械混粉的方法获得复合粉体，再通过热压烧结制备出综合性能良好的NbCrReRuMo单相高强难熔高熵合金，其组织均匀，硬度、强度等综合性能均显著提高。该高强难熔高熵合金有望应用到航空航天和车船工业等重要领域。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种NbCrReRuMo高强难熔高熵合金。

背景技术

随着航空航天和车船工业的发展，发动机热端部件如涡轮叶片、尾喷管和发动机活塞等承受的温度越来越高。为了降低未来航天航空发动机、汽车发动机的燃料消耗，提高使用寿命，许多密度低、室温韧性好、高温强度高的先进高强难熔材料将被大量使用。铝、镁、钛等轻金属材料，由于具有比强度与比刚度高等特性，在航空航天和车船工业等制造领域有广泛的应用。近年来我国对铝合金及其复合材料的需求不断增大，汽车、航空燃气发动机、坦克、装甲车辆等诸多零部件均采用铝合金材料；镁合金是最轻的结构金属，同时具有高强度、高刚性，切削加工性、导热性好等优点，对减轻装备自重、减小运行中的阻力、降低能耗、增加载重等具有非常明显的优势，但以上两种合金强度低、耐蚀性能差，难以满足高温、高压、强腐蚀介质等的复杂工况的需求。钛合金具有密度小、耐蚀性好、耐热性高、刚度和强度高等性能，但高昂的成本一直是限制钛合金广泛应用的瓶颈。因此，亟待开发力学性能好、抗热冲击高、耐蚀性能优越的高强难熔合金，对实现轻量化零构件高质量、低成本、短周期制造，缓解由于交通运输带来的能源、环保压力以及节能减排具有重大的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种NbCrReRuMo高强难熔高熵合金，选择合适的合金化元素种类和相对含量，将高熵合金与机械合金化技术相结合，通过机械合金化实现铌元素、铬元素、铼元素、钌元素和钼元素的固溶，从而获得单相固溶体高熵合金，经热压烧结后制备的高强难熔高熵合金硬度可保持在维氏硬度6GPa，该高强难熔高熵合金有望应用到航空航天和车船工业等重要领域。

为达到上述目的，本发明采用的制备技术方案：一种高强难熔高熵合金，各组分按原子百分比构成为Nb：20-23%、Cr：20-23%、Re：20-23%、Ru：20-23%、Mo：8-20%。所述高强难熔高熵合金为单相固溶体高熵合金。

优选的，所述铌元素、铬元素、铼元素、钌元素和钼元素的粒度均为300目。

本发明还公开了上述的高强难熔高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备粒度为300目的铌元素、铬元素、铼元素、钌元素和钼元素粉末，按原子百分比构成为Nb：20-23%、Cr：20-23%、Re：20-23%、Ru：20-23%、Mo：8-20%，将粉末混合均匀后装入球磨罐中，抽真空至1×10^-2Pa，充氩气至1×10⁵Pa，此过程反复操作三次；

(2)合金粉末经球磨机合金化球磨一定时间，对球磨罐抽真空至1×10^-1Pa，以一定的体积比向球磨罐充入无水乙醇，继续研磨一定时间后，将合金粉末与无水乙醇的混合物取出；

(3)将取出的混合物静置20h并滤去上层清液，置于真空干燥箱中，其中，干燥箱真空始终保持一定的真空度及温度，保温干燥一定时间，得到单相固溶体高熵合金粉末，最终将该粉末真空封装保存；

(4)将单相固溶体高熵合金粉末装入内表面铺放有石墨纸的硬质合金模具中，振实、放入热压烧结炉内，在进行热压烧结时，先在室温下升压至500MPa并保压20min，然后降低压强至一定压力，再以一定的升温速度升温至一定的温度，热压烧结一定时间，最后获得高强难熔高熵合金块材。

相对于现有技术，本发明具有有益效果和创新之处在于：