[发明专利]一种W-Re-Ta-Mo高温高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种W‑Re‑Ta‑Mo高温高熵合金及其制备方法。该高温高熵合金中由W、Re、Ta和Mo等原子比或非等原子比组成。本发明还提供该高温高熵合金的制备方法，包括：1)称取所需重量的W、Re、Ta、Mo原料；2)进行真空电弧熔炼。本发明制备的W‑Re‑Ta‑Mo高温高熵合金具有高熔点、高抗压强度、高温组织性能稳定且易于制备的特点，可用于弥补镍基高温合金1200℃以上温度时强度不足，取代镍基高温合金用于高温结构领域。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种耐高温的高熵合金及其制备方法，具体涉及一种W-Re-Ta-Mo高温高熵合金及其制备方法。

背景技术

高温合金是指以铁、钴、镍为主要合金组元，工作温度高于600℃的一类金属材料。在高温下服役时，高温合金一般能表现出较高的高温强度和高温组织结构稳定性，具有良好的抗高温氧化性能、抗高温疲劳性能、耐蚀性能及断裂韧性等。

我国高温合金的发展已有六十多年，大致可分为三个阶段。第一阶段为起步阶段，自20世纪50年代至70年代，主要是在前苏联专家的指导下，仿制前苏联生产的某些高温合金；第二阶段是指从上世纪70年代至90年代，这一时期通过引进欧美高温合金的生产和技术标准，我国初步建立了高温合金的生产和质量管理体系，高温合金的生产工艺得到不断优化，大大提高了我国高温合金的产品质量和生产规模，这一阶段是我国高温合金的快速发展阶段。第三阶段是我国高温合金的创新发展阶段，从20世纪末至今的二十多年内，我国自主研发了多种体系高性能、多用途、长寿命的新型高温合金，生产规模和技术已处于国际前列。

目前，我国镍基高温合金的应用十分广泛，所生产的高温合金已能满足1000℃以上的使用要求，但使役温度高于1200℃甚至更高的高温合金仍极大缺乏。随着我国航空航天及交通运输行业的快速发展，更高使役温度高温合金的需求越来越大，使用温度高于2000℃的超高温高熵合金由此迅速发展。普通镍基高温合金以镍作为主元元素，通过添加多种耐高温难熔元素提高合金的高温性能，在高温环境下服役时，较多的组元数量一定程度上增大了镍基合金发生相变失效的可能性。因此，镍基高温合金的合金化程度高但最高使用温度上限却较低。NbMoTaW高温高熵合金具有单相体心立方(BCC)结构，室温最大抗压强度为1211MPa，塑性为2.1％，脆性大，塑性不好，强度有待提高(Senkov O N,etal.Intermetallics[J],2011,19(5):698-706.)。如何在通过金属间合金化提高合金使用温度的同时又能保证合金在高温环境中具有高的组织结构稳定性，已成为超高温高熵合金发展过程中亟待解决的难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种W-Re-Ta-Mo高温高熵合金，该高温高熵合金为单相体心立方(BCC)结构，具有高熔点、高抗压强度、高温组织性能稳定且易于制备的特点。室温塑性比现有NbMoTaW高熵合金高。1600℃时仍具有246MPa的抗压强度，比现有高温合金具有更高的高温强度和使用温度范围。

本发明的另一目的在于提供上述W-Re-Ta-Mo高温高熵合金的制备方法，该制备方法采用真空电弧熔炼法制备合金铸锭，简单易行，铸锭组织均匀。

为了实现上述目的，本发明提供一种W-Re-Ta-Mo高温高熵合金，所述高温高熵合金中由W、Re、Ta和Mo以等原子比或非等原子比组成；

其中，该高温高熵合金以等原子比组成时化学式记为WReTaMo；

该高温高熵合金以非等原子比组成时，化学式记为W_aRe_bTa_cMo_d，其中原子百分数a、b、c和d均为20～30，且a+b+c+d＝100。

本发明还提供上述W-Re-Ta-Mo高温高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

1)称取所需重量的W、Re、Ta和Mo原料放入非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内；