CN116536556A - 一种抗氧化性优异的中熵高温合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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CN116536556A CN202310435128.XA CN202310435128A CN116536556A CN 116536556 A CN116536556 A CN 116536556A CN 202310435128 A CN202310435128 A CN 202310435128A CN 116536556 A CN116536556 A CN 116536556A
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Abstract

本发明公开了一种抗氧化性优异的中熵高温合金及其制备方法和应用，具体涉及冶金技术领域。所述合金包括Co：30.6～34.5％，Ni：30.0～34.5％，Cr：26.6～30.6％，Al：0.4～3.4％，Ti：1.6～4.6％，W：0.5～3.5％，Mo：0.01～2.5％，Ta：0.01～2.7％，C：0.001～0.085％。本发明的合金在高温下具有优异的抗氧化性能，并具有低密度、优异的高温强度和持久寿命等特点，同时易加工成型，能够满足航空发动机和燃气轮机热端部件的使用需求。

Description

一种抗氧化性优异的中熵高温合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种抗氧化性优异的中熵高温合金及其制备方法和应用。
背景技术
高熵合金是近年来发展起来的有别于传统合金的新型合金材料，它由5～13种主要元素组成，组成元素具有相等或近似相等的原子比。多主元高熵合金凝固后，不会形成复杂的金属间化合物，而是形成简单的FCC或BCC固溶体。高熵合金具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的鸡尾酒效应。利用这些效应，合理设计合金的成分，可以获得高强度，良好的耐磨性、耐腐蚀性等良好的综合特性。
尽管高熵合金性能优异，但普遍强韧性匹配较差。例如，FeCoNiCrMn高熵合金的拉伸塑形可达60％，但其抗拉强度却低于500MPa；而AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金的压缩强度高达3200MPa，但几乎无拉伸塑性。Ti元素和Al元素的微量加入都能促进第二相的析出，从而强化高熵合金性能，但是并不是对所有的高熵合金都能提高强韧性匹配。如对AlFeCrCoCu合金，加入Ti元素可显著提升合金的硬度，但几乎无拉伸塑性。已有的AlCrFeNiV体系高熵合金，虽然具有一定的强韧性匹配效果，但是对于实际应用还不足够。正是由于这些原因，限制了高熵合金的发展和工程应用。
中国专利CN202111423519.7，一种镍基合金及其制备方法与应用，通过添加21.5～25.5％的Cr在合金表面生成Cr2O3的氧化膜，提高抗氧化和耐腐蚀性；另外Co元素相比于Ni和Fe本身具有更好的抗氧化性能，因此，24.5～27.5％Co元素的添加进一步提高了合金的抗氧化性能；但是经过后续的研究，单纯的利用Co元素抗氧达不到后续的应用要求，这就限制了中熵合金的后续应用。
目前高熵合金领域的研究越来越多转移到中熵合金上。CrCoNi中熵合金是单一面心立方结构(FCC)固溶体，具有比FeCoNiCrMn高熵合金更优异的强度和塑性。但是，目前该中熵合金强度仍然偏低，抗氧化性能需要进一步优化。该合金成分是Cr、Co和Ni等高温合金中常用元素，可以作为高温合金的基体，在其基础上通过添加其他合金化元素和制备工艺控制是否可以研制出兼具高温合金和中熵合金特性的抗氧化新型合金，推动其在工程上的应用是目前亟需解决的问题。
发明内容
为此，本发明提供一种抗氧化性优异的中熵高温合金及其制备方法和应用，以解决现有中熵合金抗氧能力欠缺等问题。
中熵高温合金指的是由3种主要元素组成，组成元素具有相等或近似相等的原子比，并且在600℃以上具有较高的强度和良好的持久性能、抗腐蚀能力的合金。虽然现有的中熵高温合金的室温性能较佳，但随着各行业对耐高温合金的耐高温要求越来越高，现有技术中中熵高温合金无法满足使用需求，需要制备在更高温度下具有优异抗氧化性能的中熵高温合金来满足使用需求。为此，本发明提供一种抗氧化性优异的中熵高温合金及其制备方法与应用，解决现有中熵合金面临的抗高温氧化和腐蚀能力不足、高温强度较低等技术问题。
1、本发明实施例中，Cr、Co和Ni以等摩尔原子百分比添加，保持了较高的熵值，起着强烈的固溶强化及抗高温氧化效果；同时进一步添加W、Mo、Ta元素进行固溶强化来提高合金的高温强度，另外通过添加Al和Ti二种γ’相形成元素，使合金在800～900℃具有稳定存在的纳米级γ’相起沉淀强化作用，再通过合理搭配C等晶界强化元素，显著提高了该合金的高温强度和持久性能。
2、本发明实施例中，中熵高温合金具有较宽的热加工窗口900℃～1200℃，合金锻造过程中表面裂纹少，塑性好，成材率高。通过控制Al、Ti等元素的含量，在充分起到时效强化效果的同时，保证合金具有良好的加工性能，控制γ’相呈纳米颗粒弥散分布。
3、本发明实施例中，中熵高温合金通过Cr、Al等元素的抗氧化作用，在1000℃下的抗氧化性能评定达到完全抗氧化水平，满足了先进航空发动机和燃气轮机热端部件设计和使用的要求。
4、本发明实施例中，中熵高温合金通过Cr、Co、W、Mo、Ta等元素的固溶强化作用，以及Al、Ti等元素的时效强化作用，1000℃下抗拉强度209～344MPa，密度≤8.12g/cm3，满足了先进航空发动机和燃气轮机热端部件设计和使用的要求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明第一方面提供的一种抗氧化性优异的中熵高温合金，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，以重量百分比计，包括：Co：30.6～34.5％，Ni：30.0～34.5％，Cr：26.6～30.6％，Al：0.4～3.4％，Ti：1.6～4.6％，W：0.5～3.5％，Mo：0.01～2.5％，Ta：0.01～2.7％，C：0.001～0.085％。
在一些实施例中，所述的抗氧化性优异的中熵高温合金，以重量百分比计，由以下组分组成：Co：30.6～34.5％，Ni：30.0～34.5％，Cr：26.6～30.6％，Al：0.6～3.0％，Ti：1.8～3.8％，W：0.5～3.5％，Mo：0.01～2.5％，Ta：0.01～2.7％，C：0.001～0.085％。
进一步的，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，Cr:Co:Ni的原子百分比为1:1:1。
进一步的，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，Al、W、Mo和Ta的原子百分含量满足关系式0.7≤3(W+Mo+Ta)/Al≤1.3。
本发明的合金中加入W、Mo固溶强化元素，既可固溶于合金基体又可固溶于γ’强化相，同时可提高原子间结合力，提高扩散激活能和再结晶温度，从而有效提高高温强度。但W、Mo含量过高时长期高温使用易于生成脆性相而降低合金韧性。Al、Ta是形成γ’强化相的主要元素，能够大幅度提高合金的沉淀强化效果，明显提高γ’相完全溶解温度、体积分数和稳定性，增强合金高温力学性能。但是过高的Ta会析出η相，不利于组织稳定。另外，Ta会明显降低固相线温度，缩小热加工窗口，不利于合金热加工性能，且Ta的密度很高，过多的加入会导致合金密度显著升高，因此为了最大程度发挥Al、W、Mo和Ta的协同作用，进一步优选了Al、W、Mo和Ta的原子百分含量满足关系式0.7≤3(W+Mo+Ta)/Al≤1.3。
进一步的，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，Al、Ti和Ta的重量百分含量满足关系式3.0％≤Al+Ti+2Ta≤7.8％。优选的，所述Al、Ti和Ta的重量百分含量满足关系式4.0％≤Al+Ti+2Ta≤6.5％。能最大程度发挥Al、Ti和Ta的协同作用，制得的中熵高温合金具有更加优异的综合性能，能够满足先进航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求。
根据本发明第二方面提供的一种抗氧化性优异的中熵高温合金的制备方法，包括：
步骤一，将Co、Ni、Cr、W、Mo、Ta以及部分C原料进行混合加热，排出附着在原料上的气体；
步骤二，将排出气体的原料加热至熔化状态，再升温，进行高温精炼后，停止加热，使得熔化原料结膜；
步骤三，对结膜原料升高温度使得熔化原料破膜，加入Al、Ti和剩余部分C原料，混合均匀；混合原料进行高温精炼；
步骤四，对精炼后的原料，控制温度进行浇注，获得扁坯；
步骤五，对所述扁坯精整、热轧、退火软化处理，再次精整、冷轧、中间热处理和切边，得到合金带材；
步骤六，将所述合金带材进行热处理，形成抗氧化性优异的中熵高温合金。
进一步的，所述步骤一中，混合加热是在真空度≤1Pa的环境下进行。
进一步的，所述步骤二中，加热熔化是在真空度≤0.5Pa环境中进行；和/或，高温精炼的温度为1530～1680℃。
进一步的，所述步骤三中，所述高温精炼的温度为1580～1620℃；和/或，所述步骤四中，浇注温度为1400～1500℃。
进一步的，所述步骤六中，热处理条件为700～900℃时效5～20h。
根据本发明第三方面提供的一种高强韧性的低密度中熵高温合金在航空发动机、燃气轮机中的应用。
本发明实施例中的抗氧化性优异的中熵高温合金满足了先进航空发动机设计和使用的要求，能够应用在先进航空发动机的热端部件中。本发明实施例中的抗氧化性优异的中熵高温合金满足了先进燃气轮机设计和使用的要求，能够应用在先进燃气轮机的热端部件中。
本发明具有如下优点：
本发明抗氧化性优异的中熵高温合金中，Cr、Co和Ni以等摩尔原子百分比添加，保持了较高的熵值，起着强烈的固溶强化及抗高温氧化效果；同时进一步添加W、Mo、Ta元素进行固溶强化来提高合金的高温强度，另外通过添加Al和Ti二种γ’相形成元素，使合金在800～900℃具有稳定存在的纳米级γ’相起沉淀强化作用，再通过合理搭配C等晶界强化元素，显著提高了该合金的高温强度和持久性能。本发明抗氧化性优异的中熵高温合金，具有较宽的热加工窗口900℃～1200℃，合金锻造过程中表面裂纹少，塑性好，成材率高。通过控制Al、Ti等元素的含量，在充分起到时效强化效果的同时，保证合金具有良好的加工性能，控制γ’相呈纳米颗粒弥散分布。本发明抗氧化性优异的中熵高温合金，通过Cr、Al等元素的抗氧化作用，在1000℃下的抗氧化性能评定达到完全抗氧化水平，满足了先进航空发动机和燃气轮机热端部件设计和使用的要求。本发明抗氧化性优异的中熵高温合金通过Cr、Co、W、Mo、Ta等元素的固溶强化作用，以及Al、Ti等元素的时效强化作用，1000℃下屈服强度在209～344MPa，密度≤8.12g/cm3，满足了先进航空发动机和燃气轮机热端部件设计和使用的要求。
本发明的中熵高温合金具有优异的抗氧化性能、高温拉伸性能、持久寿命以及低密度的特性，通过无锻造、热轧和冷轧裂纹形成，满足了先进航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求。该合金不仅具有较好的高温抗氧化性能，而且在高温和室温下都具有较好的塑性，加工性能良好，制备工艺简单，降低了能源消耗，同时缩短了生产周期，提高了生产效率，适用于工业生产的推广应用。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明合金在成分设计时综合考虑了合金元素对合金的高温力学性能、热加工性能以及抗氧化性能的影响，具体考虑因素如下：
Cr：主要进入γ基体中，起固溶强化作用，还可以通过在晶界上析出颗粒状的M23C6碳化物来强化晶界，Cr的另一个重要作用是保护合金表面不受O、S、盐的作用而产生氧化和热腐蚀。目前耐蚀性较好的合金中一般均有较高的Cr含量。但是Cr是促进脆性σ有害相形成的元素，过高的Cr含量会使合金的组织稳定性变差，因此，Cr含量为26.6～30.6％。
Co：主要固溶于γ基体中，起固溶强化作用，降低基体的堆垛层错能，降低了Al、Ti在基体中的溶解度从而增加了γ＇相的数量，提高了γ＇相的溶解温度，从而显著提高合金的抗蠕变性能。因此Co含量在30.6～34.5％。
Ni：γ＇相形成元素，明显扩大γ/γ＇两相区，提高合金组织稳定性，并且在一定程度上提高γ＇相完全溶解温度。但Ni含量过高，γ＇相的化学组成将更靠近Ni3Al，其粗化速率将增大，因此，Ni含量为Ni：30.0～34.5％。
Al、Ti：Al、Ti和Ta是形成γ＇相的主要元素，能够大幅度提高合金的沉淀强化效果。同时Al元素的添加会在合金表面形成Al2O3保护膜，有利于提高合金的抗氧化性能，Ti有利于提高耐腐蚀性能，Ta明显提高γ＇相完全溶解温度、体积分数和稳定性，增强合金高温力学性能。但是过高的Al和Ti会析出有害的β相，不利于组织稳定。另外，Ti和Ta会明显降低固相线温度，缩小热加工窗口，不利于合金热加工性能，且Ta的密度很高，过多的加入会导致合金密度显著升高，因此Al为0.4～3.4％，Ti为1.6～4.6％，Ta为0.01～2.7％。
C：晶界强化元素，也是强的脱氧剂，在合金冶炼过程中有利于脱氧，提高合金的纯净度，改善合金加工性能。同时，C能够与部分难熔元素性能碳化物，降低基体过饱和度，有利于组织稳定性。但是C含量过高，将在晶界上形成连续、网状分布的碳化物，不利于合金力学性能，因此，C含量为0.001～0.085％。
Al+Ti+Ta：Al、Ti和Ta均是均是γ＇相形成元素，其含量直接影响γ＇相的体积分数以及完全溶解温度，决定合金的高温力学性能。但是过高的Al、Ti和Ta含量不利于合金的加工性能，因此控制3.0％≤Al+Ti+2Ta≤7.8％。
本发明实施例中，Cr、Co和Ni以等摩尔原子百分比添加，保持了较高的熵值，起着强烈的固溶强化及抗高温氧化效果；同时进一步添加W、Mo、Ta元素进行固溶强化来提高合金的高温强度，另外通过添加Al和Ti二种γ’相形成元素，使合金在800～900℃具有稳定存在的纳米级γ’相起沉淀强化作用，再通过合理搭配C等晶界强化元素，显著提高了该合金的高温强度和持久性能。本发明实施例中，中熵高温合金具有较宽的热加工窗口900℃～1200℃，合金锻造过程中表面裂纹少，塑性好，成材率高。通过控制Al、Ti等元素的含量，在充分起到时效强化效果的同时，保证合金具有良好的加工性能，控制γ’相呈纳米颗粒弥散分布。本发明实施例中，中熵高温合金通过Cr、Al等元素的抗氧化作用，在1000℃下的抗氧化性能评定达到完全抗氧化水平，满足了先进航空发动机和燃气轮机热端部件设计和使用的要求。本发明实施例中，中熵高温合金通过Cr、Co、W、Mo、Ta等元素的固溶强化作用，以及Al、Ti等元素的时效强化作用，1000℃下屈服强度在209～344MPa，密度≤8.12g/cm3，满足了先进航空发动机和燃气轮机热端部件设计和使用的要求。
本发明实施例的一种抗氧化性优异的中熵高温合金，所述中熵高温合金中，以重量百分比计，由以下组分组成：Co：30.6～34.5％，Ni：30.0～34.5％，Cr：26.6～30.6％，Al：0.4～3.4％，Ti：1.6～4.6％，W：0.5～3.5％，Mo：0.01～2.5％，Ta：0.01～2.7％，C：0.001～0.085％。
在一些实施例中，优选地，所述抗氧化性优异的中熵高温合金的Cr:Co:Ni的原子百分比为1:1:1。
在一些实施例中，优选地，所述抗氧化性优异的中熵高温合金的Al、W、Mo和Ta的原子百分含量满足关系式0.7≤3(W+Mo+Ta)/Al≤1.3。
本发明实施例中，加入W、Mo固溶强化元素，既可固溶于合金基体又可固溶于γ’强化相，同时可提高原子间结合力，提高扩散激活能和再结晶温度，从而有效提高高温强度。但W、Mo含量过高时长期高温使用易于生成脆性相而降低合金韧性。Al、Ta是形成γ’强化相的主要元素，能够大幅度提高合金的沉淀强化效果，明显提高γ’相完全溶解温度、体积分数和稳定性，增强合金高温力学性能。但是过高的Ta会析出η相，不利于组织稳定。另外，Ta会明显降低固相线温度，缩小热加工窗口，不利于合金热加工性能，且Ta的密度很高，过多的加入会导致合金密度显著升高，因此为了最大程度发挥Al、W、Mo和Ta的协同作用，进一步优选了Al、W、Mo和Ta的原子百分含量满足关系式0.7≤3(W+Mo+Ta)/Al≤1.3。
在一些实施例中，优选地，所述抗氧化性优异的中熵高温合金的Al、Ti和Ta的重量百分含量满足关系式3.0％≤Al+Ti+2Ta≤7.8％。进一步优选地，所述Al、Ti和Ta的重量百分含量满足关系式4.0％≤Al+Ti+2Ta≤6.5％。
本发明实施例中，进一步优选了Al、Ti和Ta的质量百分含量满足关系式3.0％≤Al+Ti+2Ta≤7.8％，能最大程度发挥Al、Ti和Ta的协同作用，制得的中熵高温合金具有更加优异的综合性能，能够满足先进航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求。
本发明实施例中，优选地，所述抗氧化性优异的中熵高温合金，以重量百分比计，由以下组分组成：Co：30.6～34.5％，Ni：30.0～34.5％，Cr：26.6～30.6％，Al：0.6～3.0％，Ti：1.8～3.8％，W：0.5～3.5％，Mo：0.01～2.5％，Ta：0.01～2.7％，C：0.001～0.085％。
本发明实施例还提供了抗氧化性优异的中熵高温合金在航空发动机中的应用。本发明实施例中的抗氧化性优异的中熵高温合金满足了先进航空发动机设计和使用的要求，能够应用在先进航空发动机的热端部件中。
本发明实施例还提供了抗氧化性优异的中熵高温合金在燃气轮机中的应用。本发明实施例中的抗氧化性优异的中熵高温合金满足了先进燃气轮机设计和使用的要求，能够应用在先进燃气轮机的热端部件中。
本发明实施例还提供了一种抗氧化性优异的中熵高温合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Co、Ni、Cr、W、Mo、Ta以及部分C原料置于真空度≤1Pa的环境中混合加热，排出附着在原料上的气体；
(2)在真空度≤0.8Pa环境中，加热所述原料至熔化状态，再升温至1530～1680℃进行高温精炼，然后停止加热，使得熔化原料结膜；
(3)升高温度使得所述熔化原料破膜，加入Al、Ti和剩余部分C原料，混合均匀；
(4)将加入Al、Ti和剩余部分C原料的混合原料在1580～1620℃下精炼；
(5)对精炼后的原料，在1400～1500℃下进行浇注，获得扁坯；
(6)对所述扁坯精整、热轧、退火软化处理、再次精整、冷轧、中间热处理和切边，得到合金带材；
(7)将所述合金带材在700～900℃时效5～20h热处理，形成所述抗氧化性优异的中熵高温合金。
本发明实施例的中熵高温合金制备方法，制得的中熵高温合金具有优异的抗氧化性能、高温拉伸性能、持久寿命以及低密度的性能，经过无锻造、热轧和冷轧裂纹形成，满足了先进航空发动机和燃气轮机设计和使用的要求。该合金不仅具有较好的高温抗氧化性能，而且在高温和室温下都具有较好的塑性，加工性能良好，制备工艺简单，降低了能源消耗，同时缩短了生产周期，提高了生产效率，适用于工业生产的推广应用。
下面结合实施例详细描述本发明。
实施例1
本实施例提供一种抗氧化性优异的中熵高温合金的制备方法：
(1)将Co、Ni、Cr、W、Mo、Ta以及部分C原料置于真空度0.9Pa的环境中混合加热，排出附着在原料上的气体；
(2)在真空度0.7Pa环境中，加热所述原料至熔化状态，再升温至1630℃，高温精炼14min，停止加热，使得熔化原料结膜；
(3)升高温度使得所述熔化原料破膜，加入Al、Ti和剩余部分C原料，混合均匀；
(4)将加入Al、Ti和剩余部分C原料的混合原料在1600℃下精炼；
(5)对精炼后的原料，在1480℃下进行浇注，获得扁坯；
(6)对所述扁坯精整、热轧、退火软化处理、再次精整、冷轧、中间热处理和切边，得到合金带材；
(7)将所述合金带材在800℃时效10h热处理，形成所述低密度中熵高温合金。
实施例1制得的合金成分见表1，性能见表2。
实施例2-8与实施例1的制备方法相同，不同在于合金成分不同，实施例2-8制得的合金成分见表1，性能见表2。
实施例9
实施例9与实施例1的制备方法相同，合金成分不同，其中Cr:Co:Ni的原子百分比为1:1:1，实施例9制得的合金成分见表1，性能见表2。
对比例1
对比例1与实施例1的制备方法相同，不同之处在合金成分中，不含有W和Mo元素，对比例1制得的合金成分见表1，性能见表2。
对比例2
对比例2与实施例1的制备方法相同，不同之处在合金成分中，含有质量分数为32.4％的元素Cr，并且其中3(W+Mo+Ta)/Al为2.1，对比例2制得的合金成分见表1，性能见表2。
对比例3
对比例3与实施例1的制备方法相同，不同之处在合金成分中，含有质量分数为0.3％的元素Ti，并且其中Al+Ti+2Ta为2.4％，对比例3制得的合金成分见表1，性能见表2。
对比例4
对比例4与实施例1的制备方法相同，不同之处在合金成分中，含有质量分数为4.4％的元素Ta，对比例4制得的合金成分见表1，性能见表2。
表1所示为实施例1-9的合金成分以及对比例1-4合金成分。
表2所示为实施例1-9的合金成分以及对比例1-4合金的性能表。
表1
表2
从表1和表2的数据中可以看出，本发明实施例控制各元素的含量制备得到的中熵高温合金，1000℃时的平均氧化速率均低于0.1g/m2·h，均达到了完全抗氧化级别；实施例1～9中合金的密度均小于8.12g/cm3；合金在室温下具有良好的塑性及较高的抗拉强度，室温抗拉强度超过1100MPa；在高温力学性能方面，合金800℃高温拉伸屈服强度均远远高于600MPa，1000℃屈服强度也能高于200MPa，并具有较好的加工性能，锻造、热轧和冷轧之后均没有裂纹产生。
对比例1合金中不含有W和Mo元素，由于W、Mo元素具有固溶强化作用，导致对比例1合金的室温及高温强度较低，无法满足使用需求。
对比例2合金成分中，含有质量分数为32.4％的元素Cr，并且其中3(W+Mo+Ta)/Al为2.1，由于Cr含量过量导致力学强度下降，此外(W+Mo+Ta)/Al比例超过1.3，过多的W、Ta等元素导致合金密度显著增高，在应用中不能满足结构减重效果。
对比例3合金成分中，Ti元素含量过低，仅为0.3％，并且Al+Ti+2Ta含量为2.4％，Al和Ti是主要的γ’相形成元素，使合金在800～900℃具有稳定存在的纳米级γ’相起沉淀强化作用，此外Ta元素作为强化元素也能够提升合金强度。对比例3中由于Ti元素远低于1.6％，且Al+Ti+2Ta含量远低于3.0％，导致强化效果严重减弱，并且不能在800℃以上高温形成足够稳定的强化相，这导致900℃时的屈服强度显著降低到100MPa以下。此外，由于无法发挥Al、Ti和Ta的协同作用，其高温抗氧化性能也收到影响，合金1000℃平均氧化速率超过0.10g/m2·h，抗氧化能力下降。
对比例4合金成分中Ta元素过量，达到了4.4％，尽管Ta能够大幅度提高合金的沉淀强化效果，明显提高γ’相完全溶解温度、体积分数和稳定性，增强合金高温力学性能。但是过高的Ta会析出η相，不利于组织稳定。因此合金的高温强度下降明显，1000℃屈服强度低于100MPa。另外，且Ta的密度很高，过多的加入会导致合金密度显著升高，达到了8.37g/cm3，无法满足使用需求。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种抗氧化性优异的中熵高温合金，其特征在于，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，以重量百分比计，包括：Co：30.6～34.5％，Ni：30.0～34.5％，Cr：26.6～30.6％，Al：0.4～3.4％，Ti：1.6～4.6％，W：0.5～3.5％，Mo：0.01～2.5％，Ta：0.01～2.7％，C：0.001～0.085％。
2.根据权利要求1所述一种抗氧化性优异的中熵高温合金，其特征在于，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，Cr:Co:Ni的原子百分比为1:1:1。
3.根据权利要求1所述一种抗氧化性优异的中熵高温合金，其特征在于，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，Al、W、Mo和Ta的原子百分含量满足关系式0.7≤3(W+Mo+Ta)/Al≤1.3。
4.根据权利要求1所述一种抗氧化性优异的中熵高温合金，其特征在于，所述抗氧化性优异的中熵高温合金中，Al、Ti和Ta的重量百分含量满足关系式3.0％≤Al+Ti+2Ta≤7.8％。
5.一种抗氧化性优异的中熵高温合金的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一，将Co、Ni、Cr、W、Mo、Ta以及部分C原料进行混合加热，排出附着在原料上的气体；
步骤二，将排出气体的原料加热至熔化状态，再升温，进行高温精炼后，停止加热，使得熔化原料结膜；
步骤三，对结膜原料升高温度使得熔化原料破膜，加入Al、Ti和剩余部分C原料，混合均匀；混合原料进行高温精炼；
步骤四，对精炼后的原料，控制温度进行浇注，获得扁坯；
步骤五，对所述扁坯精整、热轧、退火软化处理，再次精整、冷轧、中间热处理和切边，得到合金带材；
步骤六，将所述合金带材进行热处理，形成抗氧化性优异的中熵高温合金。
6.根据权利要求5所述一种抗氧化性优异的中熵高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，混合加热是在真空度≤1Pa的环境下进行。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，加热熔化是在真空度≤0.5Pa环境中进行；和/或，高温精炼的温度为1530～1680℃。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述高温精炼的温度为1580～1620℃；和/或，所述步骤四中，浇注温度为1400～1500℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，热处理条件为700～900℃时效5～20h。
10.一种高强韧性的低密度中熵高温合金在航空发动机、燃气轮机中的应用。
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