[发明专利]一种兼顾室温及高温高强度的高熵合金及其制备方法和应用

说明书

本发明实施例公开了一种兼顾室温及高温高强度的高熵合金及其制备方法和应用，属于合金材料领域。以重量百分含量计，所述高熵合金的组成为：Ni：27.6～33.5％，Co：27.0～33.0％，Cr：20.5～26.5％，Fe：2.0～10.0％，Mo：3.2～5.6％，W：3.0～5.1％，Ti：0.5～2.4％，Al：0.1～1.5％，C：0.06～0.15％，B：0.001～0.01％，余量为不可避免的杂质。本发明提供的高熵合金在室温下具有超高屈服强度，并在700℃高温下兼顾优异的抗拉强度及持久寿命，且热加工窗口较宽，锻造和焊接没有裂纹形成，便于加工应用。

技术领域

本发明实施例涉及合金材料技术领域，具体涉及一种兼顾室温及高温高强度的高熵合金及其制备方法和应用。

背景技术

高熵合金基于多主元合金设计理念，突破传统和已有材料的性能极限，具备很多优异的性能，比如：优异的耐高温、耐腐蚀、高的强度、耐磨性等。其中过渡元素高熵合金以Al、Mg、Co、Cu、Cr、Fe、Mn、Ni，Ti、Sn和Zn等作为主元素，其中AlCrFeNi、CoCrFeNi、AlCoFeNi、AlCoCrNi和AlCoCrFe是目前过渡元素高熵合金中采用最多的元素组合。过渡元素高熵合金基本都是BCC或FCC结构相的固溶体合金，单相高熵合金虽然具有优异的室温力学性能，但其高温强度却无法令人满意。因此基于传统高温合金的析出相增强设计方法，提出了高熵高温合金的概念。

高熵高温合金是一类以FCC或BCC固溶体为基体，在基体上均匀分布着晶体结构相似的有序第二相的高熵合金，第二相起到析出强化作用。这种高熵高温合金是以固溶FCC结构的γ相为基体，L12-γ'析出相均匀分布在基体上，这种γ'相的高温稳定性比传统Ni-Fe基高温合金更好，这种高温稳定的析出相可以有效的强化高熵高温合金的室温和高温性能。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

以高温合金和金属间化合物为代表的先进高温结构材料是航空航天及能源电力热端部件制造中主要应用的关键材料。随着航空航天发动机逐步往大型化、高推重比和高效率方向发展，要求先进发动机用热端部件服役温度不断提高、负荷不断增大，这对高温结构材料本身的承温能力、使用性能、比重等提出了更严苛的要求。然而传统高温合金体系的发展几乎已经达到了极限，以GH4169、GH2132为代表的传统铁基及镍基高温合金室温屈服强度较低，长期使用温度仅在600℃以下，性能改善趋于瓶颈，无法满足该领域发展对新一代高温结构材料的迫切需求。因此，需要发展兼顾室温与高温高强度的新一代高熵合金材料。

本发明旨在一定程度上解决上述相关技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种兼顾室温及高温高强度的高熵合金，该合金不仅在室温具有超高屈服强度，并且在700℃高温也具有较高的强度和良好的持久性能。在综合性能方面，相比传统镍基高温合金GH4169具有更高的使用温度、更优的抗氧化和耐蚀性能，相比钴基高温合金GH605强度更高，与GH350、GH4141相比具有更高的室温屈服强度、成本低廉、易加工成型等显著优势。

本发明提供的一种兼顾室温及高温高强度的高熵合金，以重量百分含量计，所述高熵合金的组成为：Ni：27.6～33.5％，Co：27.0～33.0％，Cr：20.5～26.5％，Fe：2.0～10.0％，Mo：3.2～5.6％，W：3.0～5.1％，Ti：0.5～2.4％，Al：0.1～1.5％，C：0.06～0.15％，B：0.001～0.01％，余量为不可避免的杂质。

本发明实施例的兼顾室温及高温高强度的高熵合金带来的优点和技术效果：

1、本发明实施例中，采用Cr、Co、Ni、Fe四主元体系，保持了高混合熵稳定相，起着强烈的固溶强化效果；同时进一步添加W、Mo元素，大原子半径添加元素的合金化会引入晶格畸变能和形成较低的原子堆积结构，从而形成如固溶体结构，起到固溶强化作用，显著提高合金的室温屈服强度。