CN112609118A - 一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112609118A
CN112609118A CN202011366795.XA CN202011366795A CN112609118A CN 112609118 A CN112609118 A CN 112609118A CN 202011366795 A CN202011366795 A CN 202011366795A CN 112609118 A CN112609118 A CN 112609118A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
entropy alloy
resistant refractory
alloy
equal
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.)
Granted
Application number
CN202011366795.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112609118B (zh
Inventor
卢一平
武士嵛
李廷举
王同敏
曹志强
接金川
康慧君
张宇博
陈宗宁
郭恩宇
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.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian 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 Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202011366795.XA priority Critical patent/CN112609118B/zh
Publication of CN112609118A publication Critical patent/CN112609118A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112609118B publication Critical patent/CN112609118B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • 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
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1047—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites
    • C22C1/1052—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites by mixing and casting metal matrix composites with reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides

Abstract

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NbTaW0.5MxCy，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。

Description

一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法
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NbTaW0.5MxCy，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NbTaW0.5MxCy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：
1、该合金铸态下力学性能优良，在非自耗真空电弧熔炼条件下得到的铸锭为BCC相和强化相的结构，室温下压缩屈服强度均超过1300MPa，经过合适的等温退火处理后，合金的工程应变可以得到显著改善。
2、本发明耐高温难熔高熵合金的高温力学性能优异，在1200摄氏度时压缩屈服强度可高达750MPa。
3、本发明超高熔点合金的制备方法简单易行，便于工业化大批量生产。
附图说明
图1为实施例1中耐高温难熔高熵合金铸态和经过1400℃/12h等温退火后的XRD衍射分析图谱；
图2为实施例1中铸态耐高温难熔高熵合金电子探针图片；
图3为实施例1中耐高温难熔高熵合金经过1400℃/12h等温退火后电子探针图片；
图4为实施例1中耐高温难熔高熵合金室温、1200摄氏度和1400摄氏度的压缩工程应力应变曲线；
图5为实施例2中耐高温难熔高熵合金铸态和经过1400℃/12h等温退火后的XRD衍射分析图谱；
图6为实施例2中铸态耐高温难熔高熵合金电子探针图片；
图7为实施例2中耐高温难熔高熵合金经过1400℃/12h等温退火后电子探针图片；
图8为实施例2中退火态耐高温难熔高熵合金透射电镜图片；
图9为图8中透射明场像中BCC相的电子衍射图谱；
图10为图8中透射明场像中FCC型强化相的电子衍射图谱；
图11为实施例2耐高温难熔高熵合金室温、1200摄氏度和1400摄氏度的压缩工程应力应变曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种Nb-Ta-W-Mo-C耐高温BCC结构高熵合金，其化学式为NbTaW0.5Mo0.4C0.2。
合金具体制备方法如下：将原料Nb、Ta和W按照通式所示摩尔比堆放，其中Nb、Ta和W元素皆选用纯度为99.5wt％以上的工业级纯原料，Mo和C元素以Mo2C陶瓷粉末(粉末粒度500nm)的形式添加。然后采用真空电弧熔炼或真空磁悬浮熔炼，熔配合金时，所述Mo2C粉末和Nb放在最下面，所述Ta和W放在最上面，抽真空至5×10-3Pa，然后反冲氩气至0.05MPa。电弧熔炼时每一个合金锭至少熔炼八次，以保证成分均匀。
图1-3为实施例1耐高温BCC结构高熵合金铸态和经过合适热处理后样品的XRD衍射分析图谱和背散射图片，显示合金铸态合金由BCC相和HCP结构的碳化物相构成，经过1400℃的12h等温退火处理后样品由BCC相、HCP相和正交相构成。图4为实施案例1耐高温难熔高熵合金在室温和高温下的压缩应力应变曲线，显示出经过合适的热处理后合金的室温塑性可以得到有效改善，合金在室温下和超高温下均具有极高的强度和抗高温软化的能力，合金在1200摄氏度和1400摄氏度的屈服强度分别为1026和697MPa。
实施案例2
本实施案例2公开一种Nb-Ta-W-Hf-C耐高温难熔高熵合金，其通式为NbTaW0.5Hf0.25C0.25。
本实施案例2高熵合金所述制备方法与实施例1基本相同，C元素通过NbC陶瓷颗粒的形式添加到合金中。
图5为实施案例2合金铸态和经过合适热处理后样品的XRD衍射分析图谱，显示合金具有稳定的相结构，合金由稳定的BCC相和FCC型碳化物组成。图6-7为实施案例2合金铸态和退火态样品的电子探针图片，表面铸态合金是由BCC基体相和层片状的碳化物组成，经过合金的等温退火处理后(1400摄氏度等温退火处理12h)合金基体中析出细小的板条状纳米相。图8-10为实施案例2合金的透射明场像和衍射图谱，表明退火态合金中细小的板条状纳米相为FCC结构的碳化物。图11为实施案例2合金在室温和高温条件下的压缩应力应变曲线，显示了该合金经过退火后合金的强度会进一步提高，而合金的塑性并没有受到影响，表明合金在经过长时间服役后仍可保证稳定的力学性能，同时合金在1000和1200摄氏度仍然具有极高的强度，屈服强度分别为868和792MPa。
经检测本实施例NbTaW0.5Hf0.25C0.25与实施案例1NbTaW0.5Mo0.4C0.2同样具有优良的力学性能和超高温抗软化性能，能广泛应用于超高温极端环境。
本发明不局限于实施例1-2任意一项所述耐高温难熔高熵合金的记载，其中M、x、y的改变和制备方法的改变，均在本发明的保护范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种耐高温难熔高熵合金，其特征在于，其通式为NbTaW0.5MxCy，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。
2.根据权利要求1所述耐高温难熔高熵合金，其特征在于，所述通式NbTaW0.5MxCy中，0≤x≤1，0.05≤y≤0.25。
3.权利要求1或2所述耐高温难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Nb、Ta、W、M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。
4.根据权利要求3所述耐高温难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求3所述耐高温难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述Ta、W、Nb、Mo、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。
6.根据权利要求3所述耐高温难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，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。
7.根据权利要求3所述耐高温难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述真空电弧熔炼时，合金铸锭翻转熔炼六至八次。
8.一种权利要求1或2所述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。
CN202011366795.XA 2020-11-30 2020-11-30 一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法 Active CN112609118B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011366795.XA CN112609118B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011366795.XA CN112609118B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112609118A true CN112609118A (zh) 2021-04-06
CN112609118B CN112609118B (zh) 2022-01-18

Family

ID=75229754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011366795.XA Active CN112609118B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112609118B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113549806A (zh) * 2021-07-08 2021-10-26 武汉理工大学 一种高熵合金基复合材料及其制备方法
CN113789464A (zh) * 2021-08-16 2021-12-14 东南大学 陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料及其制备方法
CN114351030A (zh) * 2022-01-17 2022-04-15 大连理工大学 一种具有高强度与塑性的难熔高熵合金及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104120325A (zh) * 2014-07-04 2014-10-29 北京科技大学 低热膨胀系数NaMxAlySiz高熵合金及制备方法
US20170314097A1 (en) * 2016-05-02 2017-11-02 Korea Advanced Institute Of Science And Technology High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same
CN109182877A (zh) * 2018-11-07 2019-01-11 北京科技大学 (NbMoTaW)100-xMx系难熔高熵合金及其制备方法
CN109666811A (zh) * 2019-01-29 2019-04-23 大连理工大学 一种耐辐照高熵合金及其制备方法
CN111334697A (zh) * 2020-03-10 2020-06-26 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种W-Ta-Mo-Nb-C高温高熵合金及其制备方法
CN111363964A (zh) * 2020-03-10 2020-07-03 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种W-Ta-Mo-Nb-Hf-C高温高熵合金及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104120325A (zh) * 2014-07-04 2014-10-29 北京科技大学 低热膨胀系数NaMxAlySiz高熵合金及制备方法
US20170314097A1 (en) * 2016-05-02 2017-11-02 Korea Advanced Institute Of Science And Technology High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same
CN109182877A (zh) * 2018-11-07 2019-01-11 北京科技大学 (NbMoTaW)100-xMx系难熔高熵合金及其制备方法
CN109666811A (zh) * 2019-01-29 2019-04-23 大连理工大学 一种耐辐照高熵合金及其制备方法
CN111334697A (zh) * 2020-03-10 2020-06-26 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种W-Ta-Mo-Nb-C高温高熵合金及其制备方法
CN111363964A (zh) * 2020-03-10 2020-07-03 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种W-Ta-Mo-Nb-Hf-C高温高熵合金及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113549806A (zh) * 2021-07-08 2021-10-26 武汉理工大学 一种高熵合金基复合材料及其制备方法
CN113789464A (zh) * 2021-08-16 2021-12-14 东南大学 陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料及其制备方法
CN114351030A (zh) * 2022-01-17 2022-04-15 大连理工大学 一种具有高强度与塑性的难熔高熵合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112609118B (zh) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112609118B (zh) 一种耐高温难熔高熵合金及其制备方法
US20200149144A1 (en) High Entropy Alloy Having Composite Microstructure and Method of Manufacturing the Same
CN113025865B (zh) 一种AlCoCrFeNi系双相组织高熵合金制备方法
US20190024198A1 (en) Precipitation Hardening High Entropy Alloy and Method of Manufacturing the Same
WO2022041693A1 (zh) 一种TiC强化CoCrNi中熵合金复合材料及其制备方法
EP3045557B1 (en) Zirconium-based amorphous alloy and preparation method therefor
CN104018028B (zh) 一种高铝高硅铸造钛合金
CN114134385B (zh) 一种难熔中熵合金及其制备方法
KR101910938B1 (ko) Cr 필라멘트 강화 CrMnFeNiCu(Ag)계 고 엔트로피 합금 및 그 제조방법
CN113684425B (zh) 一种高性能铁基中熵合金及其热处理方法
CN108342635A (zh) 一种高强度难熔六元高熵合金CoCrFeNiVAlx及其制备方法
CN111850375B (zh) 一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金及其制备方法
CN114939654A (zh) 一种用于激光增材制造的高熵合金粉末及其制备方法、应用
CN102041445B (zh) 高强度超低膨胀因瓦合金基复合材料的制备方法
CN113373366A (zh) 一种多元难熔高熵合金及其制备方法
CN107058913B (zh) 一种高锆含量的锆基非晶合金及其制备方法
CN108754277B (zh) 一种钴铁镍钒锆高熵合金及其制备方法
CN112813330B (zh) 一种多主元碳化物弥散型高熵合金材料及其制备方法
CN115558833B (zh) 一种具有分级析出相强化的高强韧FeNiCrAlTi高熵合金及其制备方法
CN114672716B (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
KR20140002010A (ko) 몰리브덴재
CN115505813A (zh) 一种具有多级沉淀强化的b掺杂高熵合金耐磨材料及其制备方法和应用
CN111394636B (zh) 具有马氏体相变的高强度大塑性高熵合金及其制备方法
CN113652590A (zh) 兼具高强度和高弹性应变的TiHfFeNiNbx定向凝固高熵合金及其制备
CN116623107B (zh) 一种具有优异压缩塑性的Zr基块体非晶合金及其制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant