[发明专利]颗粒增强难熔高熵复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种颗粒增强难熔高熵复合材料及其制备方法，该颗粒增强难熔高熵复合材料包括基体相和分布在所述基体相中的WC颗粒，所述基体相为由Nb、Mo、Ta、W和Re元素组成的Nb‑Mo‑Ta‑W‑Re合金；所述WC颗粒的质量为所述基体相质量的1～10％。该颗粒增强难熔高熵复合材料采用Nb‑Mo‑Ta‑W‑Re合金作为基体相，WC颗粒作为增强相，具有高硬度、高抗压强度组织性能稳定；同时，通过球磨合金化和放电等离子热压烧结方法制备得到，易于制备，拥有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及材料制备及应用技术领域，具体涉及一种颗粒增强难熔高熵复合材料及其制备方法。

背景技术

难熔高熵合金是以难熔金属元素(W、Mo、Ta、Nb、Hf、Zr、Ti、V等)为组元，将其中的4种或4种以上金属元素以同等或近乎同等摩尔分数构成的合金。与传统的高温合金相比，难熔高熵在高温下表现出更优异的高温强度和良好的抗氧化性，例如NbMoTaW难熔高熵合金在1600℃仍然具有405MPa，而传统高温合金Haynes230和Inconel 718在1200℃以上时，其强度指标已近乎于0。因此，含有W、Ta和Mo等元素的难熔高熵合金将成为超高温(1400℃以上)服役环境的首选材料。

然而，大多数含有W、Ta和Mo元素的难熔高熵合金具有较高的密度(12g/cm³)，并且在室温下非常脆，铸态下的NbMoTaW室温压缩断裂延伸率ε_p＜4.0％，这将限制其广泛应用。

因此，提高含有W、Ta和Mo元素难熔高熵合金塑性和强度等力学性能指标是十分关键和必要的。

发明内容

针对背景技术的不足，提供一种颗粒增强难熔高熵复合材料及其制备方法，该颗粒增强难熔高熵复合材料采用Nb-Mo-Ta-W-Re合金作为基体相，WC颗粒作为增强相，具有高硬度、高抗压强度组织性能稳定；同时，通过球磨合金化和放电等离子热压烧结方法制备得到，易于制备，拥有良好应用前景。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种颗粒增强难熔高熵复合材料。

该颗粒增强难熔高熵复合材料包括基体相和分布在所述基体相中的WC颗粒，所述基体相为由Nb、Mo、Ta、W和Re元素组成的Nb-Mo-Ta-W-Re合金；所述WC颗粒的质量为所述基体相质量的1～10％。

进一步的，所述颗粒增强难熔高熵复合材料的平均晶粒粒径为7.2～12.5μm；

所述颗粒增强难熔高熵复合材料的微观组织由NbNoTaWRe体心立方固溶体、富含Nb和Ta元素的颗粒相以及WC颗粒相组成。

进一步的，所述Nb、Mo、Ta、W和Re元素以等原子比组成所述Nb-Mo-Ta-W-Re合金，其原子式为NbMoTaWRe；或者

所述Nb、Mo、Ta、W和Re元素以非等原子比组成所述Nb-Mo-Ta-W-Re合金，其原子式为Nb_aMo_bTa_cW_dRe_f；其中，原子百分比a、b、c、d、f均为13％～35％，且a+b+c+d+f＝100％。

进一步的，所述WC颗粒的粒径为1～5μm。

进一步的，其显微硬度不低于1280Hv，室温屈服强度σ_0.2不低于2687MPa，抗拉强度σ_b不低于2752MPa，断裂延伸率ε_p不低于12.8％。

为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种颗粒增强难熔高熵复合材料的制备方法。

该颗粒增强难熔高熵复合材料的制备方法包括以下步骤：

称取所需重量的铌粉、钼粉、钽粉、钨粉、铼粉以及WC颗粒；