[发明专利]一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法，耐高温难熔高熵合金的通式为NbTaW_0.5MxCy，其中M为Mo和/或Hf元素，其中0≤x≤1，0.05≤y≤0.5，x和y为摩尔比，本发明耐高温难熔高熵合金包含了特定的元素选择和组配，在超高温条件下(1200℃)的高温压缩性能远超传统合金，同时经过合适的热处理工艺室温下可以具有优异的强度和一定的塑性。本发明还公开了上述超高熔点合金的制备方法，该方法简单易行，便于工业化大批量生产。

技术领域

本发明涉及合金技术，尤其涉及一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

目前常用的耐高温难熔合金中钽合金具有优异的耐高温、耐腐蚀和加工性能好等特点，是航空航天、化学、核工业、高温技术等领域不可缺少的重要材料。纯钽在高温时的力学性能并不十分出众，作为热强结构合金的基体，需要向钽中添加钨，钼等元素提高其高温强度，例如Ta-10％W-2.5％Mo，Ta-8W％-2％Hf等合金的工作温度均能超过1300℃。而目前航空航天以及核工业中对高温材料提出了更严峻的要求，迫切需要能在超高温环境下服役的材料。现有技术存在的主要瓶颈是，提高钨钽合金的热强性能需要添加更多的钨，钼元素，会显著的降低合金的塑性，并且相对来说钽资源并不是那么丰富，如何更加合理的应用钽资源显得十分重要。所以，亟待一种室温塑性优良、超高温条件下强度高且稳定的金属合金。

鉴于上述需求，我们采用高熵合金设计理念，跳脱了传统合金设计的范畴，通过多组元的合金设计理念降低战略金属钽的使用，降低合金的密度，通过高的固溶强化和多种强化手段来保持并提高合金的高温强度和室温塑性。

发明内容

本发明的目的在于，针对极端环境下合金高温力学性能的严格要求，提出一种耐高温难熔高熵合金，该合金的高温性能远超传统合金，同时铸态和退火态具有良好的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耐高温难熔高熵合金，其通式为NbTaW_0.5MxCy，其中M为Mo和/或Hf元素，其中0≤x≤1，0.05≤y≤0.5，x和y为摩尔比。

进一步地，所述通式NbTaW_0.5MxCy中，0≤x≤1，0.05≤y≤0.25。

本发明中M选自Mo和/或Hf元素，通过控制M元素的种类可以控制合金中碳化物强化相的晶体类型，当M为Mo元素时，碳化物类型为密排六方结构；当M为Hf元素时，碳化物可被诱导为为面心立方结构，碳化物的类型会显著的影响合金的力学性能。

本发明的另一个目的还公开了上述耐高温难熔高熵合金的制备方法，包括以下步骤：将Nb、Ta、W、M(Mo和/或Hf)和C按照配比堆放，采用真空电弧熔炼，获得耐高温难熔高熵合金，其中所述C元素的添加采用陶瓷碳化物Mo₂C和/或NbC。

进一步地，堆放时，所述陶瓷碳化物粉末或颗粒放在最下面，Nb和Ta原料放在中间，所述W放在最上面。

进一步地，所述Ta、W、Nb、M(Mo或Hf)和陶瓷碳化物粉末或颗粒皆选用纯度为99.5wt％以上的工业级原料。

进一步地，在真空电弧熔炼过程中，抽真空至5×10-3Pa—3×10-3Pa，然后反冲氩气至0.03—0.05Mpa，优选为-0.05Pa，真空熔炼能很好的保护所熔炼的合金不发生氧化。

进一步地，所述真空电弧熔炼时，合金铸锭翻转熔炼六至八次，以保证成分均匀。

本发明的另一个目的还公开了一种耐高温难熔高熵合金在航空航天领域要求高强、超高温抗软化性关键金属部件领域的应用。

本发明耐高温难熔高熵合金配方科学、合理，其制备方法简单、易行。本发明所述耐高温难熔高熵合金与现有技术相比较具有以下优点：