陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113789464A(43)申请公布日2021.12.14(21)申请号202110935948.6(22)申请日2021.08.16(71)申请人东南大学地址211102江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人沈宝龙王冰洁王倩倩孙博郭杨斌(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人张华蒙(51)Int.Cl.C22C30/00(2006.01)C22C32/00(2006.01)C22C1/10(2006.01)B22D18/06(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料及其制备方法，属于材料科学与工程技术领域，本发明通过添加陶瓷相，并使用非自耗真空电弧熔炼炉制备出了一系列陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料。本发明的制备方法，工艺简单，便于操作；该合金呈单一BCC结构，微观组织形貌主要为树枝晶，在引入纳米第二相的同时引入间隙原子，使得平均晶粒尺寸相较于基体难熔高熵合金明显减小，室温及高温力学性能明显提高，在800℃下具有优异的高温组织结构稳定性。本发明能显著提高机械工程装备及部件的使役温度，有望取代镍基超级合金在航空航天、交通运输、石油化工、机械电子、汽车制造等领域具有广阔的应用前景。CN113789464ACN113789464A权利要求书1/1页1.陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料，其特征在于，包括按原子比组成4‑6种金属元素和陶瓷相，所述的4‑6种金属元素选自W、Re、Ta、Mo、Nb、Hf、Zr、Ti、V、Cr；每种所述的金属元素的原子百分比含量为a，满足5％≤a≤35％；所述的陶瓷相原子百分比含量为b，满足1％≤b≤20％。2.根据权利要求1所述的陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料，其特征在于，所述的陶瓷相选自Al2O3、Y2O3、SiC、AlN、TiB2中的任意一种或几种的组合。3.权利要求1所述的陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：按照合金组元种类取相应的单质纯金属原料，超声清洗吹干后，并按照合金成分进行精确配料；步骤2：按照元素熔点由低到高的顺序将称量好的各元素原料依次放置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜模坩埚中，陶瓷相放在最底部，并将真空电弧熔炼炉的真空仓气压抽至5×10‑3Pa以下；步骤3：真空电弧熔炼，为保证合金均匀，合金熔化后进行熔炼；步骤4：真空仓内冷却至室温时取出，再真空吸铸造或真空浇铸得到陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料。4.根据权利要求3所述的陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中，合金熔化后每次熔炼时间为160‑200s，每个合金锭熔炼6‑8次。5.根据权利要求3所述的陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤4中，采用真空浇铸，具体为将铸锭放于真空吸铸炉中，使用浇铸模具并抽真空至5×10‑3Pa，采用350‑400A电流将铸锭融化后进行浇铸。6.根据权利要求3所述的陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤4中，采用真空吸铸造，具体为将铸锭放于真空吸铸炉中，使用吸铸模具并抽真空至5×10‑3Pa，压差调为4个大气压，采用350‑400A电流将铸锭融化后快速吸铸。2CN113789464A说明书1/7页陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于材料科学与工程技术领域，具体涉及陶瓷相增强难熔高熵合金复合材料及其制备方法。背景技术[0002]难熔高熵合金是以四种及四种以上难熔元素作为主元，以等原子比或近等原子比形成的具有简单晶体结构的固溶体，是基于发展高温结构金属而开发的新型高熵合金体系。2010年美国空军实验室Senkov等人公开报道第一篇具体合金成分合金，近十年来难熔高熵合金获得了极大发展。难熔高熵合金由于其简单的相结构、优异的抗高温软化性能、良好的耐腐蚀性能等优点，在诸如航海航天、深空探测、国防军工、核电能源等极端服役环境领域中具有巨大应用潜力。[0003]难熔高熵合金组元为难熔金属元素，包括Mo、Ti、V、Nb、Hf、Ta、Cr、W、Zr，主要体系有NbMoTaW和HfNbTaTiZr两大类。NbMoTaW类合金优异的高温力学性能和结构稳定性使其有望应用于极端高温环境，但合金密度大、室温强度不足、脆性大、以及抗氧化性能差等缺点，严重限制了其应用。HfNbTaTiZr系难熔高熵合金密度较低，室温强韧性高、加工性能好、耐蚀性能优异，但在高温及超高温环境下其抗高温软化性能迅速下降，无法满足高温结构部件的服役要求。[0004]针对以上问题，研究