[发明专利]一种NbMoTaW系难熔高熵合金的热处理方法

说明书

本发明涉及一种高熵合金的热处理方法，尤其涉及一种NbMoTaW系难熔高熵合金的热处理方法，属于合金工艺技术领域。本发明以NbMoTaW系高熵合金为基础，设计专用的热处理方法，优化该合金的微观组织，提升其硬度。其有益效果是：获得组织和性能均更加优异的难熔高熵合金，满足其在极端服役条件下的需求，同时也为其它高熵合金优化组织和性能提供一种思路，推动高熵合金的商业化进程。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金的热处理方法，尤其涉及一种NbMoTaW系难熔高熵合金的热处理方法，属于合金工艺技术领域。

背景技术

高熵合金是一种打破传统合金设计理念的新型合金，该合金元素组成较多（≥5种），相结构简单，一般为简单单一的固溶体相，性能优异，成为国内外众多学者研究的焦点。难熔高熵合金是指以高熔点元素（Nb、Mo、Ta、W、Ti等）组成的高熵合金。因其优异的高温性能，难熔高熵合金被认为是可以取代高温合金应用在航空航天领域的新型高温结构材料。目前，难熔高熵合金的制备方法有传统的铸造法以及近年来发展的机械合金化、放电等离子烧结等。采用铸造法制备出来的难熔高熵合金晶粒粗大，强度低，内应力大，而采用机械合金化、放电等离子烧结等方法制备出来的难熔高熵合金易出现偏析、孔洞等组织缺陷，从而造成合金硬度低且分布不均匀的现象。综上，目前制备方法合成的高熵合金在组织和性能上或多或少的都存在缺陷，难以满足航空航天等领域对其的需求，因此该问题亟待解决。热处理具有使合金材料产生相的转变而不改变合金化学成分的特点，适当的热处理工艺可以消除材料内部的组织缺陷和应力，改善材料的性能，但不合适的热处理工艺也有可能恶化材料的性能，因此热处理工艺参数的制定极为关键。现有对于NbMoTaW系高熵合金的热处理方法仍处于空白阶段，急需一种适合NbMoTaW系高熵合金的热处理方法，满足相关领域对其的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在高熵合金组织和性能的缺陷，提出一种适合NbMoTaW系难熔高熵合金的热处理方法，获得组织和性能俱佳的NbMoTaW系难熔高熵合金。

本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种NbMoTaW系难熔高熵合金的热处理方法，包括以下步骤：

第一步、采购高纯（≥99.9wt.%）的Nb、Mo、Ta和W的单质粉末，各元素粉末的初始粒径在200-300目之间。按照等摩尔比称取各元素粉末，充分混合后，采用机械合金化+真空热压烧结的方式制备NbMoTaW系高熵合金，球磨机转速 50-100r/min，球磨时间36-48h；热压烧结温度1800±50℃，升温速度：15-20℃/min，保温时间：60-120min，真空度：≤10Pa;

第二步、将合成的难熔高熵合金切割成10x10x20mm的条状样品，以便进行后续的微观组织和力学性能分析。

第三步、对切割好的样品进行DTA曲线分析，发现其曲线在642℃、930℃附近存在两个吸热峰，因此将热处理温度设置为650-700℃和950-1000℃。

第四步、对样品进行热处理，设计的热处理方法为两段式工艺，第一阶段为预加热处理阶段，升温速度为4-6℃/min，缓慢升至650-700℃后保温30-60min。该步的目的是推动由FCC相和无序BCC相组成的难熔高熵合金发生相变，使无序BCC相转变为有序B2相，让亚稳态的固溶体向稳定的相转变，改善合金内部组织结构，提升合金力学性能。

第二阶段升温速度为10-15℃/min，将温度快速升至950-1000℃，再此温度下保温1-2h，冷却方式采用随炉冷却的方式。该步的目的是提高温度，促进合金中原子的迁移速率，加快FCC相的析出和无序BCC相的转换，并且产生第二相，在固溶强化和第二相强化的混合机制下提升合金的性能。

第五步、冷却完成后对难熔高熵合金再进行时效处理，时效处理的温度为100-200℃，时效时间为24h左右。高熵合金具有迟滞扩散效应，这一步的目的是进一步提升高熵合金的力学性能。