[发明专利]一种高熵合金梯度材料及其制备方法

说明书

本发明属于高熵合金技术领域，涉及一种高熵合金梯度材料及其制备方法。梯度材料一侧为NbTiMoVX高熵合金，X为Hf或者Zr；另一侧为NbTiMoVXSi合金，是以NbTiMoVX多组元高熵固溶体为基体、Nb₅Si₃金属间化合物为增强相的合金组织；Nb₅Si₃增强相的含量从高熵合金一层开始逐渐增大至另一侧。采用增材制造技术、双通道同轴送粉方式制备该高熵合梯度材料金。采用这种方式可以实现Nb₅Si₃增强相含量的梯度过渡，实现梯度材料从高韧到高强的顺利过渡成形。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，涉及一种高熵合金梯度材料及其制备方法。

背景技术

金属材料中强度与韧性间的取舍问题，长期困扰着材料学界。大量生产及科研实践表明：传统金属材料在强度与韧性性能上呈现出了“强度提升，塑性降低”的倒置关系。这种“此消彼长”的变化规律，极大地限制了某些高强度金属材料的应用范围。

梯度金属材料的研究为材料科学的发展提供了新的启示。通过将具有非均匀分布特点的梯度结构引入材料组织结构中，可以有效破除金属材料强度与韧性间“此消彼长”的局限，使得在提升材料强度的同时还具有较高韧性成为可能，进一步的研究也表明梯度结构可以改善材料的多种性能。

随着先进航空发动机工作温度和推重比的不断提高，对涡轮叶片、燃烧室等热端部件的工作温度及综合力学性能提出了极高的要求，这些部件往往同时需要较高的高温强度和室温韧性，传统材料及大部分超高温结构材料已不能满足设计要求。

针对以上应用需求，必须发展具有复合功能的耐热新结构，比如一侧材料必须具备超高的高温强度，以承受表面高温和热冲击，结构的另一侧则由另一种金属提供高韧性，以提高材料抵御变形的能力。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高熵合金梯度材料及其制备方法，以解决传统金属材料无法兼具高强度和高韧性的问题，为航空发动机热端部件的研制提供材料技术基础。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种高熵合金梯度材料，所述梯度材料一侧为NbTiMoVX高熵合金；另一侧为NbTiMoVXSi合金，所述NbTiMoVXSi合金是以NbTiMoVX高熵合金为基体、Nb₅Si₃金属间化合物为增强相的合金组织；

从所述高熵合金侧开始，NbTiMoVX高熵合金占比递减，Nb₅Si₃占比递增。

所述NbTiMoVX高熵合金中X为Hf或者Zr。

所述NbTiMoVXSi合金中Nb₅Si₃增强相的体积含量为10％～50％。

从所述高熵合金侧开始，在具体的方案中，接下来五层NbTiMoVXSi合金中Nb₅Si₃增强相的体积含量依次为：8～12％，18～22％，28～32％，38～42％，48～50％。优选地，接下来五层NbTiMoVXSi合金中Nb₅Si₃增强相的体积含量依次为：10％，20％，30％，40％，50％。

所述高熵合金梯度材料总厚度为3～12mm；每层厚度为0.5～2mm。

另一方面，提供一种高熵合金梯度材料的制备方法，采用增材制造技术、双通道同轴送粉方式制备该高熵合金梯度材料。

其中一通道输送NbTiMoVX高熵合金粉末；另一通道输送Nb+Si混合粉末。可以使Si元素优先与Nb元素发生化学反应，而避免其他金属元素之间的反应。