[发明专利]一种高强高韧高熵合金及其制备方法

说明书

本发明属于高熵合金技术领域，涉及一种具有高强高韧性能的高熵合金及其制备方法。高熵合金为NbTiMoVXSi合金，X为Hf或者Zr；当Si元素的原子百分比为0＜Si≤6％，所述高熵合金为NbTiMoVXSi六元高熵合金；当Si元素的原子百分比为6＜Si≤20％，所述高熵合金为NbTiMoVX五元高熵合金，Nb和Si原位反应生成Nb₅Si₃高熔点增强相；本发明的合金通过增材制造形成具有良好韧性和强度的多组元高熵固溶体基体相，并生成高温下热动力学稳定的Nb₅Si₃金属间化合物增强相，这样可以充分发挥材料的性能优势，实现高温强度与室温韧性的良好匹配。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，涉及一种具有高强高韧性能的高熵合金及其制备方法。

背景技术

随着先进航空发动机涡轮前温度和推重比的不断提高，对涡轮叶片等热端部件的工作温度提出了更高的要求，传统材料及大部分超高温结构材料已不能满足设计要求。研制具有更高承温能力的新一代超高温结构材料迫在眉睫，是先进航空发动机研制中的一大关键任务。

Nb-Si基难熔合金具有熔点极高、密度较低、高温强度良好等优异的综合性能，是目前超高温结构材料研究领域的热点之一，其承温能力高(1200～1400℃)，是具有潜力的未来高性能燃气涡轮发动机用超高温结构材料。然而，相对于优异的高温强度，Nb-Si基合金的室温断裂韧性略显不足。在目前报道的大部分较好的研究结果中，多元Nb-Si基合金的室温断裂韧性为15～20MPa·m^1/2左右。可见，要实现Nb-Si基合金室温断裂韧性与高温强度的良好匹配还是极其困难的，这也是制约Nb-Si基超高温结构材料走向工程应用的主要障碍。

高熵合金是近年来在探索大块非晶合金的基础上发现的一类无序合金。其最典型的组织为多组元的超级固溶体，固溶强化效应异常强烈且存在极大的晶格畸变。这种独特的晶体结构使得高熵合金具有一些传统合金无法比拟的非常优异的性能，如高强度、高硬度、高室温韧性、高耐磨性、高耐腐蚀性、高电阻热阻以及优异的耐高温性能等。尤其是，高熵合金的断裂韧性明显优于其他合金。

发明内容

本发明的目的是：提供一种具有高强高韧性能的高熵合金及其制备方法，设计一类新型的以Nb、Ti、Mo、V、Hf(Zr)为主要组元的高熵合金，并且还考虑添加合金化元素Si，通过综合考虑元素熔点、原子半径、元素间混合焓等因素来对合金成分进行合理设计，并采用激光增材制造技术进行制备。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种高强高韧高熵合金，高熵合金为NbTiMoVXSi合金，X为Hf或者Zr；

当Si元素的原子百分比为0＜Si≤6％，所述高熵合金为NbTiMoVXSi六元高熵合金；

高熵合金中Nb元素的原子百分比为24.5～31％，Ti元素的原子百分比为17.5～23％，Mo元素的原子百分比为17～24.5％，V元素的原子百分比为15～19％，X元素的原子百分比为6.5～9％；

当Si元素的原子百分比为6＜Si≤20％，所述高熵合金为NbTiMoVX五元高熵合金，Nb和Si原位反应生成Nb₅Si₃高熔点增强相；

高熵合金中Nb元素的原子百分比为18～28.5％，Ti元素的原子百分比为13.5～20％，Mo元素的原子百分比为13.5～21.5％，V元素的原子百分比为8.5～22％，X元素的原子百分比为8.5～18％。