CN111254316A - (MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法 - Google Patents

(MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111254316A
CN111254316A CN202010250393.7A CN202010250393A CN111254316A CN 111254316 A CN111254316 A CN 111254316A CN 202010250393 A CN202010250393 A CN 202010250393A CN 111254316 A CN111254316 A CN 111254316A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
monbzrti
metal
phase
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010250393.7A
Other languages
English (en)
Inventor
高绪杰
李肖逸
郭娜娜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Technology
Original Assignee
Shandong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Technology filed Critical Shandong University of Technology
Priority to CN202010250393.7A priority Critical patent/CN111254316A/zh
Publication of CN111254316A publication Critical patent/CN111254316A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/023—Alloys based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种新型高温结构材料的设计及其制备方法，具体是通过选择应用最广泛的Ni基合金作为基体合金，以单相固溶体相为组成相的难熔高熵合金MoNbZrTi作为增强相，开发Ni100‑x(MoNbZrTi)x（x=5，10，15，20，30）合金。Ni100‑x(MoNbZrTi)x合金制备方法如下：将金属原料Ni、Mo、Nb、Zr、Ti除去氧化皮后按设计摩尔比准确称量；在非自耗真空电弧炉里熔炼目标合金。本发明制备的Ni100‑x(MoNbZrTi)x合金由简单的fcc+bcc两种相组成，通过MoNbZrTi增强相的添加，Ni合金的硬度值显著提高，Ni95(MoNbZrTi)5合金硬度为206.2HV，当MoNbZrTi增强相含量增加到x=30时，合金硬度提高到576.7HV。

Description

(MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法
本发明涉及新型高温结构材料的设计及其制备领域，提出了以难熔高熵合金MoNbZrTi作为增强相强化Ni基合金及其它的制备方法，该新型高温合金将在航空航天等领域具有很好的应用前景。
背景技术
研究发现多主元合金所具有的高的混合熵效应、缓慢的扩散效应和严重 的晶格畸变效应使得合金具有简单的组织结构如热稳定性高的固溶体相，甚至在 常规制备方式下也可以获得纳米相或者非晶相，同时通过合理的成分选择合金可 以获得优异的综合性能如高的强度和硬度、良好的耐磨性、优异的耐腐蚀性等。 因此，多主元高熵合金的提出为研究设计高性能新型金属材料指明了一条新的方 向，因此多主元高熵合金的研究具有很高的发展潜力和研究价值。
目前多主元高熵合金的主要制备方式为电弧熔炼或者感应熔炼的凝固方式，然而，多主元高熵合金因为主元数较多，采用熔炼的方式很难获得成分均匀的大尺寸合金锭，因此，这些问题大大限制了合金的工业化应用和发展。
随着航空航天工业的不断发展，对高温结构材料提出了越来越高的需求，设计开发能够在更高温度下使用或者在高温下具有更高使用强度的新型高温结构材料已经迫在眉睫。多主元高熵合金的提出尤其是以难熔金属元素为主元的难熔高熵合金的发展和应用为开发新型高温结构材料提供了广阔的发展思路。
发明内容
本发明的目的是为开发能够在更高温度下使用或在高温下具有更高使用强度的新型高温结构材料，提出用难熔高熵合金(MoNbZrTi)作为增强相，Ni基合金作为基体的新型合金体系Ni100-x(MoNbZrTi)x。
本发明的高温合金系Ni100-x(MoNbZrTi)x，所述合金成分为摩尔比即Ni元素与Mo、Nb、Zr、Ti四种元素总的摩尔比比值为：100-x: x，其中x的取值为5，10，15，20，30。增强相MoNbZrTi中各元素的摩尔比Mo：Nb：Zr：Ti=1:1:1:1。
本发明中制备Ni100-x(MoNbZrTi)x高温合金系的方法，它包含以下步骤。
步骤1：称量。
将所设计的合金系中各元素摩尔比换算成重量比称，称取金属 Nb、金属 Mo、金属Ti、金属 Zr 和金属Ni 为原料，共称取5个质量均为30g的试样。
步骤2：熔炼。
(1)将步骤 2 中称取好的的原料按熔点由低到高依次放置在水冷铜坩埚中，将纯Ti 金属放在另一个水冷铜坩埚中。
(2)对电弧炉抽真空，当真空度大于 5×10-3MPa 后，充入高纯氩气使炉内气压为0.5 个大气压。
(3)熔炼纯 Ti 金属，以消除炉内残余的氧气。
(4)熔炼Ni100-x(MoNbZrTi)x合金，合金完全熔化为液态后，保持电弧熔炼 2min，然后关闭电流，其中，熔炼时的电流为 400~450A。
(5)将熔炼的合金纽扣锭翻转，重复步骤3(4)五次，即完成所述Ni100-x(MoNbZrTi)x高温合金的制备。
所述步骤 1 中，金属 Nb、金属 Mo、金属 Ti、金属 Zr 和金属 Ni 经过如下处理后再进行称取：将上述原料分别在丙酮中用超声波震荡清洗 20~30min，以去除原料表面油污，然后倒入乙醇用超声波震荡清洗 10~20min，清洗完成后置于 70~90℃干燥箱中烘干 3~5h。
所述步骤 1 中，金属 Nb、金属 Mo、金属 Ti、金属 Zr 和金属 Ni 的纯度均为99%。
所述步骤 2 中，熔炼时采用电极接触起弧，起弧电流约为 20A。
所述步骤 2（2）中，回充惰性气体使炉内气压为 0.5个 大气压前，利用回充惰性气体复洗炉腔 3~5 次。
所述步骤 2（2）中，惰性气体为高纯氩气。
所述步骤 2（5）中，每个试样都反复翻转熔炼 5 次。
本发明包含以下有益效果：本发明选用应用最广泛的高温合金Ni基合金作为基体合金，结合多主元高熵合金的设计思路，选用高温性能优异的四元难熔高熵合金(MoNbZrTi)作为增强相，这样的合金设计可以将传统合金与多主元高熵合金结合，充分发挥两者的优势，通过调控基体合金与增强相合金的含量，可以设计开发在高温方面都表现出良好的性能，因此这样的合金设计将可以开发高温性能优异的新型高温结构材料。
附图说明
图1为本发明制备的Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)合金的 X 射线衍射图谱。
图2为本发明制备的Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)合金的光学显微镜下的显微组织图。
图3为本发明制备的Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)合金的扫描电子显微组织图。
图4为本发明制备的Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)合金的显微硬度值。
具体实施方式
本下面结合具体实施例子对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例
1. Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)合金的制备
(1)原材料准备：本发明采用的原料为高纯 Ni、Mo、Nb、Zr、Ti金属，其纯度均大于99.9%，去除原料表面的氧化皮，使用工业乙醇超声波震荡清洗后干燥。
表1 Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)合金的名义成分。
Figure 182960DEST_PATH_IMAGE001
(2)合金的熔炼
采用真空非自耗电弧炉熔炼合金，将配比称量后的材料按原料熔点由低到高依次放在水冷铜坩埚中，并将一块纯钛锭放在另一个坩埚中，将炉腔抽真空后向炉腔内充入氩气至半个大气压；将钨极调在纯钛锭上方后电压调至 60V 左右后引弧，首先熔炼纯钛锭 1min以消除炉腔内残余的氧气，随后将钨极调至高熵合金原材料上开始熔炼，缓慢调大电流至400-450A，待所有原料熔化后保持电弧熔炼时间 2min，直接关闭电弧；待合金冷却后将其翻转，如此反复以上操作 5 遍以获得成分均匀的合金。
2. 合金的组织结构与性能。
(1) X 射线衍射测试及相组成分析：
利用线切割在熔炼制备的合金上切除2mm厚左右的薄片，并用砂纸将薄片表面仔细打磨。随后将薄片放在工业乙醇中用超声波震荡清洗。使用 X 射线衍射仪对制备的样品进行相组成测试，实验中扫描速度为 5°/min，扫描角度 2θ范围为 20°到 100°。
如图1为合金Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)的X 射线衍射图，结果显示，合金Ni100-x(MoNbZrTi)x由面心立方FCC相和体心立方BCC相两种相组成，且随着(MoNbZrTi)含量的增加，BCC相的衍射峰逐渐增强，表明合金中BCC相的含量也随之增加。
(2) 显微组织分析：
利用线切割在熔炼的合金上切取10×10mm的试样，先用砂纸将表面仔细研磨并进行机械抛光，并选取合适的腐蚀液腐蚀。如图2所示为合金Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)在光学显微镜下的显微组织图。由图可知，当x=5，10，15时，合金呈现典型的树枝晶组织，当x=15时，树枝晶的组织是最为细小的。随着(MoNbZrTi)含量的增加，合金的组织形貌发生明显变化，当x=20时，合金呈现粗大的晶粒，在某些区域还出现针状组织。当x=30时，合金组织由转变成了稍有变形的等轴晶粒组织。为进一步观察合金在高倍下的组织形态，又对所有合金进行了扫描电镜组织观察。如图3所示为合金Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)在扫描电镜下的显微组织图。由图可知，当x=5，10，15时，合金中枝晶间区域组织由细小的片层状两相组成，且随着(MoNbZrTi)含量的增加，枝晶间区域两相组织的百分含量增加，枝晶间区域两相的尺寸也增加。当x=20时，片层状的两相组织转变为了棒状，当x=30时，两相组织在某些区域呈现细小的颗粒状，在某些区域呈现细小的片层状。结合相组成分析结果可知，枝晶间区域的某一相与枝晶区域具有相同的相组成。
(3) 显微硬度分析：
利用显微维氏硬度计对合金试样进行了显微硬度分析，采用加载载荷为500g，保压时间为15s。每个试样分别测试10个点，去除最大值和最小值，取剩余8个值的平均值即为试样的显微硬度值。如图所示为合金Ni100-x(MoNbZrTi)x (x=5，10，15，20，30)的硬度值图。由图可知，x=5，合金的硬度值为，随着(MoNbZrTi)含量的增加，合金硬度值显著增加，当x=30时，合金硬度值可以达到HV。
从以上分析可知，通过选择应用最广泛的Ni 基合金作为基体合金，以难熔高熵合金(MoNbZrTi)作为增强相设计开发新型高温结构材料的可行的，合金可以获得简单的组织结构，由FCC+BCC两种相组成，且可以通过调整(MoNbZrTi)的添加量调整合金整体性能。

Claims (2)

1.(MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金Ni100-x(MoNbZrTi)x，其特征在于所述合金成分为摩尔比，即Ni元素与Mo、Nb、Zr、Ti四种元素总的摩尔比比值为：100-x：x，x的取值为5，10，15，20，30，其中增强相MoNbZrTi中各元素的摩尔比Mo：Nb：Zr：Ti=1:1:1:1。
2.权利要求1所述的合金Ni100-x(MoNbZrTi)x的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)步骤1：备料
将所设计的合金系中各元素摩尔比换算成重量比称，称取金属 Nb、金属 Mo、金属Ti、金属 Zr 和金属Ni 为原料，共称取5个质量均为30g的试样；
(2)步骤2：熔炼
①将步骤 1 中称取好的的原料按熔点由低到高依次放置在水冷铜坩埚中，将纯 Ti金属放在另一个水冷铜坩埚中；
②对电弧炉抽真空，当真空度大于 5×10-3MPa 后，充入高纯氩气使炉内气压为 0.5个大气压；
③熔炼纯 Ti 金属，以消除炉内残余的氧气；
④熔炼Ni100-x(MoNbZrTi)x合金，合金完全熔化为液态后，保持电弧熔炼 2min，然后关闭电流，其中，熔炼时的电流为 400~450A；
⑤将熔炼的合金纽扣锭翻转，重复步骤3(4)五次，即完成所述Ni100-x(MoNbZrTi)x高温合金的制备。
CN202010250393.7A 2020-04-01 2020-04-01 (MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法 Pending CN111254316A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010250393.7A CN111254316A (zh) 2020-04-01 2020-04-01 (MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010250393.7A CN111254316A (zh) 2020-04-01 2020-04-01 (MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111254316A true CN111254316A (zh) 2020-06-09

Family

ID=70951767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010250393.7A Pending CN111254316A (zh) 2020-04-01 2020-04-01 (MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111254316A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114807825A (zh) * 2022-04-13 2022-07-29 四川大学 一种MCrAlY耐高温涂层制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104550901A (zh) * 2014-11-25 2015-04-29 沈阳工业大学 镍单元素基合金表面激光高熵合金化用粉料及制备工艺
CN107747019A (zh) * 2017-10-16 2018-03-02 北京科技大学 一种Ni‑Co‑Cr‑Al‑W‑Ta‑Mo系高熵高温合金及其制备方法
CN108642399A (zh) * 2018-05-17 2018-10-12 哈尔滨工业大学 一种有基高熵合金及其制备方法
CN109182876A (zh) * 2018-10-19 2019-01-11 华中科技大学 一种晶态含铍高熵合金材料及其制备方法
WO2020032235A1 (ja) * 2018-08-09 2020-02-13 山陽特殊製鋼株式会社 Ｎｉ基合金からなる窒化物分散型成形体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104550901A (zh) * 2014-11-25 2015-04-29 沈阳工业大学 镍单元素基合金表面激光高熵合金化用粉料及制备工艺
CN107747019A (zh) * 2017-10-16 2018-03-02 北京科技大学 一种Ni‑Co‑Cr‑Al‑W‑Ta‑Mo系高熵高温合金及其制备方法
CN108642399A (zh) * 2018-05-17 2018-10-12 哈尔滨工业大学 一种有基高熵合金及其制备方法
WO2020032235A1 (ja) * 2018-08-09 2020-02-13 山陽特殊製鋼株式会社 Ｎｉ基合金からなる窒化物分散型成形体
CN109182876A (zh) * 2018-10-19 2019-01-11 华中科技大学 一种晶态含铍高熵合金材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林丽蓉: "高熔化温度五元高熵合金组织及性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114807825A (zh) * 2022-04-13 2022-07-29 四川大学 一种MCrAlY耐高温涂层制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104213013B (zh) 一种TiZrNbMoxHfy多主元高温合金及其制备方法
CN113789464B (zh) 陶瓷相增强难熔高熵合金及其制备方法
CN111876647A (zh) 一种无Co共晶中熵合金及其制备方法
CN109594002B (zh) 一种多主元中熵合金及其制备方法
CN109252082A (zh) 一种多元合金化的难熔高熵合金及其制备方法
CN111647789B (zh) 基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒及制备方法
CN109023002B (zh) 一种硅固溶强化VNbMoTaSi高熵合金及其制备方法
CN112899546A (zh) 一种Ta调控CoCrNiTax共晶高熵合金及其制备方法
CN111676410B (zh) 一种高强高韧CoFeNiTiV高熵合金及其制备方法
CN113046614A (zh) NbMoHfTiZrAlSi难熔高熵合金及制备方法
CN115233077A (zh) 高铝高钛含量纳米共格沉淀强化的CoCrNi基中熵合金及其制备方法
CN114774752B (zh) 一种高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金及其制备方法
CN115627406A (zh) 一种轻质难熔多主元合金、其制备方法及用途
CN111254316A (zh) (MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法
CN114350989A (zh) 一种难熔Al-Cr-Ti-V-Nb轻质高熵合金及其制备方法
CN111663070B (zh) 一种耐高温氧化的AlCoCrFeNiSiY高熵合金及其制备方法
CN114892063B (zh) 一种弥散强化高强高温高熵合金及其制备方法
CN108277418B (zh) MoNbTaTiHf高熵合金材料及其制备方法
CN114250397B (zh) 一种共晶高熵合金及其制备方法
CN114134355A (zh) 一种难熔高熵合金的强韧化调控方法
CN115233076A (zh) 一种CoNiAl磁控记忆型共晶中熵合金及其制备方法
CN115821141A (zh) 一种Laves相析出修饰AlCoCrFeNi双相高熵合金及其制备方法
CN111809097B (zh) 一种CoCuTiV系高熵合金及其制备方法
CN114672716A (zh) 一种热处理态下高强韧性的CoCrNi2(V2B)x共晶高熵合金及其制备方法
Qu et al. Effects of Ti, Al and Hf on niobium silcides formation in the Nb-Si in situ composites

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200609