[发明专利](MoNbZrTi)高熵合金增强Ni基合金及其制备方法

说明书

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。

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Ni_100-x(MoNbZrTi)_x。

本发明的高温合金系Ni_100-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Ni_100-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Ni_100-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。