[发明专利]制备氧化物弥散强化MoNbTaVW难熔高熵合金方法

说明书

本发明属于先进金属材料制备研究领域，特别提供了一种激光熔覆成形制备氧化物弥散强化MoNbTaVW难熔高熵合金的方法。步骤如下：前驱体粉末配置：将旋转电极雾化MoNbTaVW难熔高熵合金粉加入到前驱体溶液中浸渍，再选取纳米氧化物粉末加入溶液中搅拌然后烘干，在气氛保护和一定温度条件下，将前驱体粉末放入高速搅拌加热炉中搅拌，纳米氧化物渗入合金粉末颗粒表层，得到纳米氧化物包覆的高熵合金粉末。将纳米氧化物包覆的高熵合金粉末进行激光熔覆成形，得到具有超细氧化物弥散相的MoNbTaVW难熔高熵合金。本发明为制备ODS强化MoNbTaVW难熔高熵合金提供了新的思路，具有生产周期短、成本低、操作方便等优点。

技术领域

本发明属于先进金属材料制备研究领域，特别提供了一种激光熔覆成形制备氧化物弥散强化MoNbTaVW难熔高熵合金的方法。

背景技术

高熵合金中，没有一种元素占据主导地位，而是由四种或以上金属元素以等摩尔比或近等摩尔比构成的合金。在众多的高熵合金中，有些含有难熔金属元素(熔点在1650℃以上)，通常将含有三种及以上难熔金属元素的高熵合金称之为难熔高熵合金。与镍基高温合金相比较，难熔高熵合金在室温和高温环境下都具有较高的力学性能。难熔高熵合金的屈服强度普遍高于镍基高温合金，最高的甚至能够达到Inconel 625的5倍和Inconel 718的2倍，却拥有同等甚至更低的密度值。这就意味着，这些难熔高熵合金如果应用到航空发动机上，在承受相同载荷的条件下重量可以减轻1/2甚至4/5。

MoNbTaVW难熔高熵合金由于具有优异的高温性能，得到研究者们的广泛关注。该合金在1000℃时，能够保持较高的屈服强度；在1600℃时，仍然可以保持稳定的力学性能。然而，航空工业的迅速发展，对高温合金材料的性能也提出了更高要求。将纳米氧化物引入基体制备氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthed，ODS)合金，可以有效提升合金的高温性能。高强度的纳米氧化物可以在基体中起到阻碍位错运动的作用，位错运动受阻即材料获得了强化。而且纳米氧化物的熔点较高，与其他析出沉淀类第二相相比，即使在非常高的使用温度下也不会溶解，这将有效提高合金的高温强度。

航空发动机/燃气轮机中的耐高温部件通常具有复杂的形状。但是ODS强化高熵合金的硬度高，很难通过传统机加工方法制备出形状复杂的零件，这严重制约了该合金的推广应用。3D打印技术作为粉末近终成形的代表技术，适合于尺寸适中、形状复杂零件的成形。3D打印技术中的激光熔覆成形技术由于具有成本低、产品密度高、精度高、少切削甚至无切削等一系列优点受到了广泛的关注。

为了保证近终成形过程中复杂微细结构的完整性，用于激光熔覆成形用的粉末通常需要球形的细粒径粉末，并且对粉末的纯净度有较高的要求。然而目前大多数制备ODS强化合金的方法为机械合金化。机械合金化工艺制备合金时，粉末、球磨介质和球磨罐会进行高速碰撞，长时间的球磨导致球磨介质和球磨罐中的元素引入目标粉末中造成污染，进而影响最终材料性能。另外，机械合金化得到的粉末加工硬化严重，且大多数是形状不规则粉末、粉末流动性差，只能使用一些特殊方法如包套热挤压、包套热等静压或放电等离子烧结成形，不能满足激光熔覆成形技术对粉末的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备ODS强化MoNbTaVW难熔高熵合金的方法，旨在开发一种高效方法制备具有超细氧化物弥散相的高熵合金。ODS强化MoNbTaVW难熔高熵合金的可设计性强、氧化物弥散相特别细小均匀。

本发明首先采用目标合金的旋转电极雾化粉和相应的纳米氧化物制备粉末前驱体，接着将粉末前驱体在特制的搅拌加热炉中获得超细氧化物弥散相包裹的MoNbTaVW难熔高熵合金粉末，最终在通过将纳米氧化物包裹的高熵合金粉末进行激光熔覆成形，获得具有复杂形状的ODS强化MoNbTaVW难熔高熵合金。