[发明专利]一种具有良好室温塑性的难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有良好室温塑性的难熔高熵合金及其制备方法，该合金按照各组成元素摩尔比记为V_aMo_bTa_cNb_dB_e，其中，20≤a≤34，5≤b≤20，20≤c≤40，20≤d≤40，0.03≤e≤1，且a+b+c+d+e=100；该合金的制备方法为：配料后将原材料按照放料顺序放置，在保护气氛下多次翻转熔炼。本发明的难熔高熵合金通过对组成元素以及摩尔比的控制，提高了合金的室温塑性和高温强度；本发明的制备方法通过控制放料顺序结合多次翻转熔炼，提高了合金中各组分的均匀性，降低了原材料损耗，且合金具有良好的室温塑性和高温强度，以及可加工性和使用性能，适用于航空航天动力系统中高温零部件。

技术领域

本发明属于合金材料设计与制备领域，具体涉及一种具有良好室温塑性的难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

高温合金是航空航天动力系统中涡轮叶片的关键材料。目前最先进的第三代镍基单晶合金的使用温度极限为1150℃，已很难进一步提高其使用温度。然而随着航空航天的快速发展，对高温合金的性能要求也逐步提高。以新一代推重比12~15的航空发动机为例，其涡轮前端温度设计在1800℃~2000℃之间，采用冷却系统后，最高可使叶片表面温度下降400℃~500℃，热障涂层的隔热效果为50℃~100℃，因此要求材料本身具有高达1400℃的承温能力。因此，为了满足航空航天发动机在超高温、高压力等极端条件下服役和延寿需求，亟待开发高温下强度高、室温下塑性好的新型高温合金材料。

难熔高熵合金的出现，为新型高温材料的研发提供了新的探索方向。受高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应的影响，高熵合金具有高强度、高耐磨性、耐高温和耐腐蚀等性能特点。但大多数难熔高熵合金的室温塑性极差，无法保证加工性能，因此严重制约了其在涡轮叶片上的应用。近年来，通过多组元合金的设计理念、提高固溶强化效果等手段调控元素种类及含量，为有效解决高温强度和室温塑性提供了可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有良好室温塑性的难熔高熵合金。该难熔高熵合金通过对组成元素以及摩尔比的控制，有效降低合金的价电子浓度，细化晶粒，增强固溶强化效果，避免形成脆性金属相，且在铸态和1400℃变形时保持单相BCC结构，提高了难熔高熵合金的室温塑性和高温强度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有良好室温塑性的难熔高熵合金，其特征在于，该难熔高熵合金按照各组成元素摩尔比记为V_aMo_bTa_cNb_dB_e，其中，20≤a≤34，5≤b≤20，20≤c≤40，20≤d≤40，0.03≤e≤1，且a+b+c+d+e=100；所述难熔高熵合金在室温下的压缩塑性达到35%以上，在1400℃的高温条件下强度超过260MPa。

本发明的难熔高熵合金通过添加Ta和Mo元素，提高了难熔高熵合金的高温强度，并结合控制Mo元素的摩尔占比，使得难熔高熵合金具有良好室温塑性；通过添加Nb和V元素，降低合金的价电子浓度，从而提高了难熔高熵合金的室温塑性；同时，V与Ta元素混溶，有效减小抑制形核区域，从而细化合金晶粒，有利于提高难熔高熵合金的强塑性；另外，与其他难熔元素相比，具有较小原子半径的B元素可分散在合金基体中，增强了固溶强化效果，提升了难熔高熵合金的高温性能，而微量的B元素仅固溶在合金基体中，避免了脆性金属相的形成，从而避免了难熔高熵合金室温塑性的降低。

上述的一种具有良好室温塑性的难熔高熵合金，其特征在于，所述a=24.5，b=15，c=d=30，e=0.5。该摩尔比的难熔高熵合金中，B元素最大限度地实现固溶，对难熔高熵合金强度和塑性的优化效果达到最佳；同时V元素的晶粒细化效果达到最佳，一方面保证了难熔高熵合金的室温强塑性，另一方面也避免了难熔高熵合金高温下强度的快速降低，从而该难熔高熵合金表现出最优的综合性能。