[发明专利]一种高温强度优异的中熵高温合金及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高温强度优异的中熵高温合金及其制备方法与应用，具体涉及冶金技术领域。所述合金包括：Co：27.0～30.5％，Cr：25.0～28％，Al：1.0～3.5％，Ti：1.0～4.0％，Ta：0.5～2.2％，W：1.2～3.4％，Mo：2.0～4.0％，Nb：1.0～2.5％，C：0～0.085％，余量Ni及不可避免的杂质。本发明的合金具有优异的高温强度和持久寿命等性能，同时具有易加工成型和易焊接等优点，能够满足航空发动机和燃气轮机热端部件的使用需求。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高温强度优异的中熵高温合金及其制备方法与应用。

背景技术

高熵合金最早是1995年由叶均蔚提出，直至2004年才开始发展的一种新型合金材料，与传统材料不同，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，因此也可称为多主元合金。多主元合金产生的高熵效应使得高熵合金具有简单的单相固溶组织，同时各种元素同时存在所产生的晶格畸变具有大量固溶强化效果，使得高熵合金拥有其他许多合金所不具有的性能优势，在硬度、耐高温、耐腐蚀以及耐磨损等性能方面表现优良，成为科学界广泛关注和探索的对象。

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AlCoCrFeNiTi_0.5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。

目前高熵合金领域的研究越来越多转移到中熵合金上，中熵合金是由2～4种元素等原子比熔融而成，结构熵在1～1.5R之间。例如三元CrCoNi中熵合金是单一面心立方结构(FCC)固溶体，与五元FeCoNiCrMn高熵合金相比具有更优异的强度和塑性。另外，该合金Cr含量高，具有较好的抗氧化、抗腐蚀性能；此外添加了金属元素Nb，有助于合金的碳化物强化和析出强化。但是，目前该中熵合金高温强度和塑性仍然偏低。

中国专利CN202111423519.7，一种镍基合金及其制备方法与应用，是需要经过锻造，合金锻造过程中表面裂纹少，塑性好，成材率高；但是通过锻造，多道次轧制，最终得到的合金带材虽然在室温下具有较高的强度，但是塑性极差，并且并未对其高温性能进行研究，限制了该合金的应用。

因此，如何通过位错强化、析出强化等强化手段进一步提高该合金强度，推动其在高温结构材料领域的应用是目前亟需解决的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种高温强度优异的中熵高温合金及其制备方法与应用，以解决现有中熵合金需要锻造，强度偏低等问题。

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，需要制备耐更高温度的中熵高温合金来满足使用需求。为此，本发明提供一种高温强度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高温强度不足、持久性能差等技术问题。

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效果；同时进一步添加W、Mo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、Ti和Ta三种γ’相形成元素，使合金在800～850℃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晶界强化元素，显著提高了该合金的高温强度和持久性能。