[发明专利]一种微合金化提升AlCrMoTaTi难熔高熵合金高温抗氧化性能的方法

说明书

本发明公开了一种微合金化提升AlCrMoTaTi难熔高熵合金高温抗氧化性能的方法，属于高温金属材料技术领域。该方法是通过在AlCrMoTaTi难熔高熵合金中添加微量元素M，M应为Si、Y、B的一种，M的添加量应≤1，元素M的微量添加，并不改变原体系的相组成，但可以富集在AlCrMoTaTi难熔高熵合金晶界，形成填充作用，当AlCrMoTaTi难熔高熵在1300℃高温氧化时，元素M可以通过晶界扩散并填充氧化膜间隙，增加氧化膜稳定性和粘附性，在经过10小时的连续氧化后，该方法可将AlCrMoTaTi难熔高熵的氧化增重降低3倍以上，氧化增重≤2mg/cm²。

技术领域

本发明涉及高温金属材料技术领域，具体涉及一种微合金化提升AlCrMoTaTi难熔高熵合金高温抗氧化性能的方法。

背景技术

新一代高推重比的先进军用航空飞机热端部构件的服役温度已超1300℃，传统高温合金的使用温度已无法满足，亟待开发高温力学性能、高温抗氧化性优异的高温材料。难熔高熵合金凭借高熔点、高温强韧匹配特性成为潜在的新型高温材料，但完全由难熔元素组成的高熵合金的高温抗氧化性很差，这导致即便这些高熵合金有很好的高温性能，也无法在高温下应用。

因此，自2010年以来，国内外学者对于难熔高熵合金抗氧化性能的设计与优化进行了大量的研究工作，但由于高熵合金体系以多元素近等原子比例组成，理论上体系内的所有元素都可被氧化，这导致难熔高熵合金很难生成Al₂O₃这类单一的保护性氧化物，反而是会形成多种复杂的复合氧化物，这些氧化物在传统合金中很少见，它们的性质并不清楚，这也导致难熔高熵合金的抗氧化性能设计和提升成为难题。直至2019年，德国B.Gorr团队设计出了AlCrMoTaTi高熵合金，发现该合金在1300℃时可以生成CrTaO₄复合氧化物，该氧化物的优异性质使得合金具备较好的抗氧化性能，连续10小时的增重约为6mg/cm²，为开发高温抗氧化难熔高熵合金体系提供指导。然而，该合金1300℃环境连续氧化10小时后6mg/cm²的增重仍有较大提升空间，可以继续进行深度优化，进一步增强该合金抗氧化性能，推动其在高温环境下的应用。

发明内容

针对AlCrMoTaTi难熔高熵合金抗氧化性能需进一步提升的问题，本发明的目的在于提供一种微合金化提升AlCrMoTaTi难熔高熵合金高温抗氧化性能的方法，通过在AlCrMoTaTi难熔高熵合金中添加微量元素M，M应为Si、Y、B的一种，M的添加量应≤1，元素M的微量添加，并不改变原体系的相组成，但可以富集在AlCrMoTaTi难熔高熵合金晶相或晶界处，形成填充作用，当AlCrMoTaTi难熔高熵在1300℃高温氧化时，元素M可以通过晶界扩散并填充氧化膜间隙，增加氧化膜稳定性和粘附性，在经过10小时的连续氧化后，该方法可将AlCrMoTaTi难熔高熵的氧化增重降低3倍以上，氧化增重≤2mg/cm²。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种微合金化提升AlCrMoTaTi难熔高熵合金高温抗氧化性能的方法，该方法是在原始AlCrMoTaTi难熔高熵合金体系中添加微量元素M，组成新难熔高熵合金化学表达式为(AlCrMoTaTi)_100-xM_x，M为Si、Y、B中的一种，M的添加量0x≤1，各元素含量均为原子百分含量。

微合金化元素M的添加将以填充的方式富集于合金晶相或晶界处，不改变原有相结构。

当AlCrMoTaTi难熔高熵在1300℃高温氧化时，元素M可以通过晶界扩散并填充氧化膜间隙，增加氧化膜稳定性和粘附性，在经过10小时的连续氧化后，该方法可将AlCrMoTaTi难熔高熵的氧化增重降低3倍以上，氧化增重≤2mg/cm²。

本发明的优点及有益效果如下：