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CN117403117A - 一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金及其制备方法 - Google Patents

一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金及其制备方法 Download PDF

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CN117403117A
CN117403117A CN202311341674.3A CN202311341674A CN117403117A CN 117403117 A CN117403117 A CN 117403117A CN 202311341674 A CN202311341674 A CN 202311341674A CN 117403117 A CN117403117 A CN 117403117A
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CN
China
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entropy alloy
refractory
temperature
alloy
ingot
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CN202311341674.3A
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董蒙
袁札
庞博
刘鹏理
母朝明
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Sichuan Fanhua Aviation Instrument and Electrical Co Ltd
Original Assignee
Sichuan Fanhua Aviation Instrument and Electrical Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金及其制备方法,所述难熔高熵合金的组成表达式为IraWbXcYdZe,其中:a=30~60,b=30~50,c=0~20,d=0~20,e=0~5;所述X为Pt、Pd、Ru、Rh、Os中的任意一种或多种,所述Y为Mo、Nb、Ta、V、Zr、Hf、Y、Re中的任意一种或多种,所述Z为Al、Si、Mg、Co、Ni、Cr、La、Ce、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er中的任意一种或多种。本发明制备的难熔高熵合金具有较好的力学性能和高温抗氧化性,在航空航天、先进制造、新能源等领域具有较好的应用前景。

Description

一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金及其 制备方法
技术领域
本发明属于高熵合金技术领域,具体涉及一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金及其制备方法。
背景技术
点火电嘴是航空发动机中实现点火功能的部件,通过脉冲电压击穿点火电极间的半导体材料形成电火花以点燃燃烧室内可燃气体。点火电极材料在点火电嘴发火端长期处于高温状态,并伴随燃料、燃气化学腐蚀和电火花烧蚀,所以电极材料常选用化学稳定性、力学和电学性能优异的Ir-Pt合金。但是Ir和Pt都属于贵金属元素,价格高昂,不利于控制航空发动机的成本;Ir的塑性较差,为成形加工带来困难;另外,Ir-Pt合金作为电极材料时随着服役时间的加长仍会出现氧化烧损和烧蚀的现象。因此,为延长点火电嘴的寿命和提高点火性能,要求电极材料同时具有较高的耐烧蚀性、高温抗氧化性、加工性等,同时也要控制电极材料的成本。
高熵合金,意旨用五种或五种以上的主要元素按等摩尔比或近等摩尔比进行熔合,打破传统合金的以一种或两种元素为主元素的设定。随着这类多主元合金的不断开发,高熵合金定义范围已扩展到四种主元素以上、非等摩尔比熔合。高熵合金趋于形成简单固溶体相,即热力学高熵效应;另外,高熵合金还具有晶格畸变效应、迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应等,因此这类合金具有特殊的力学性能、磁性能、抗氧化性和抗腐蚀性等。在不同的高熵合金体系中,含有三种及以上难熔金属元素的高熵合金被称为难熔高熵合金,其特点是熔点高、密度大、耐腐蚀、室温和高温力学性能优异等。相关专利包括:CN112958783A、CN115386774A、CN114774752A、CN111809095B、CN112941356A等。难熔高熵合金所具有的性能特点使其适用于用作高温结构或功能性部件,但是该类材料高温抗氧化性较差,严重限制了这类材料的应用;若用作电极材料则可能在长期服役情况下烧蚀严重,也不是电极材料的可替代品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金及其制备方法,旨在解决上述的问题。
本发明主要通过以下技术方案实现:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为IraWbXcYdZe,其中:a=30~60,b=30~50,c=0~20,d=0~20,e=0~5;
所述X为Pt、Pd、Ru、Rh、Os中的任意一种或多种,
所述Y为Mo、Nb、Ta、V、Zr、Hf、Y、Re中的任意一种或多种,
所述Z为Al、Si、Mg、Co、Ni、Cr、La、Ce、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er中的任意一种或多种。
为了更好地实现本发明,进一步地,a+b=60~90,c+d+e=10~40,a+b+c+d+e=100。
为了更好地实现本发明,进一步地,所述难熔高熵合金为Ir40W35Nb5Zr15Al5、Ir45W35Rh10Ta5Cr5、Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5、Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3、Ir50W30Pd6V10Co2Pr2、Ir30W50Os5Zr10Ce5、Ir60W30Ru3Hf2Gd5、Ir30W50Pt5Ta5Ni3Sm2、Ir40W40Pt10Mo4La4Er2中的任意一种。
为了更好地实现本发明,进一步地,所述难熔高熵合金的室温压缩性能为:的屈服强度为350~1850MPa、断裂强度为400~2200MPa、断裂应变为1.5~40%;所述难熔高熵合金的高温压缩性能为:屈服强度为100~800MPa、断裂强度为150~900MPa、断裂应变为2.0~40%;所述难熔高熵合金的高温平均氧化速率为:0.1~160mg/(cm2·h)。
本发明主要通过以下技术方案实现:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1:按照成分的配比称重各个金属单质,超声清洗后烘干备用;
步骤S2:采用电弧熔炼法制备难熔高熵合金,将金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,对炉体抽真空后通入惰性气体;
步骤S3:在惰性气体下,首先熔炼钛锭以降低炉体内氧含量,然后对金属单质进行电弧熔炼,且同时对熔体进行电磁搅拌以使合金成分均匀,最终冷却得到纽扣锭;翻转纽扣锭并重熔纽扣锭若干次,使纽扣锭成分均匀;
步骤S4:去除纽扣锭表面的氧化层并切割成块状样品,将若干块状样品熔化后置于模具中冷却成型,在1250~1500℃下保温1~24h,然后,进行随炉冷却的热处理,最终得到难熔高熵合金。
为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤S1中,额外加入3~10wt%的Ir金属单质。
为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤S2中,将炉体抽真空至真空度≤1.5×10-3Pa,然后充入惰性气体至0.080~0.095MPa。
为了更好地实现本发明,进一步地,所述步骤S3中,电弧熔炼的电流为200~400A、熔炼时间为30~120s;在纽扣锭重熔时,保持合金为液态2~3min后再冷却。
为了更好地实现本发明,进一步地,翻转纽扣锭并重熔纽扣锭大于或者等于3次。
本发明基于难熔高熵合金原理,研制新型难熔高熵合金。本发明的成分设计思路为:1、以高熔点、耐蚀性良好的Ir元素和W元素为基础开发耐烧蚀难熔高熵合金,保证高熵合金具有良好的高温抗氧化性和耐烧蚀性;2、在合金中添加Pt、Pd、Ru、Rh、Os等不同类型贵金属元素增加固溶元素的溶解度,最终形成BCC固溶体相基体;3、添加过渡族金属元素使贵金属元素与过渡族金属元素形成金属间化合物,均匀分布在BCC固溶体相基体中,提高高熵合金的高温稳定性;4、添加主族元素和稀土元素增加高熵合金的晶格畸变,严重的晶格畸变大程度地阻碍了位错移动,使难熔高熵合金的强度进一步提高。
本发明的有益效果如下:
本发明利用Ir元素的化学稳定性优化难熔高熵合金的耐烧蚀性和高温抗氧化性,提出具有耐烧蚀、高温抗氧化性良好的难熔高熵合金体系。本发明的耐烧蚀难熔高熵合金体系由BCC固溶体相和Laves金属间化合物相组成,Ir基合金高温化学稳定性高,W基合金具有高熔点、高强度、高硬度等特点,有助于提升难熔合金的耐烧蚀性。另外,在难熔高熵合金中添加过渡族金属元素,有助于在合金中高温稳定性的Laves金属间化合物相。同时,在合金中添加少量主族元素和稀土元素,以加强难熔高熵合金的晶格畸变效应,有助于保证难熔高熵合金的强度性。本发明所属耐烧蚀难熔高熵合金的密度、力学性能、化学性能等参数大范围可调,常见难熔元素含量较多,有助于降低合金价格,将在航空航天、先进制造、新能源等领域发挥巨大应用潜力。
附图说明
图1为Ir40W35Nb5Zr15Al5高熵合金的微观结构图;
图2为Ir40W35Nb5Zr15Al5高熵合金的XRD图谱;
图3为Ir40W35Nb5Zr15Al5高熵合金在室温和1100℃下的压缩性能曲线;
图4为Ir40W35Nb5Zr15Al5高熵合金在1100℃下的氧化增重曲线;
图5为Ir45W35Rh10Ta5Cr5高熵合金的微观结构图;
图6为Ir45W35Rh10Ta5Cr5高熵合金的的XRD图谱;
图7为Ir45W35Rh10Ta5Cr5高熵合金在室温和1100℃下的压缩性能曲线;
图8为Ir45W35Rh10Ta5Cr5高熵合金在1100℃下的氧化增重曲线;
图9为Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5高熵合金在1100℃下的氧化增重曲线;
图10为Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3高熵合金在1100℃下的氧化增重曲线。
具体实施方式
实施例1:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir40W35Nb5Zr15Al5。具体制备方法如下:
按照原子比Ir∶W∶Nb∶Zr∶Al=40∶35∶5∶15∶5的比例称取纯金属,多加入7%的Ir元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,待炉内真空度达到2.5×10-3Pa以下后,关闭真空泵,充氩气至0.080MPa;
②打开电源首先电弧熔炼钛锭,待钛锭完全熔化并保持熔融态1min后关闭电源;再次打开电源,电弧熔炼电流为200~400A,电弧熔炼高熵合金60s,在熔炼过程中采用电磁搅拌以使合金均匀化,保持合金为熔融态2min后关闭电源后待合金锭冷却;
③翻转合金锭,重复②过程;重复③过程至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于Φ15×50mm的铜模具中成形,之后进行1300℃、保温5h、随炉冷却的热处理,最终得到Ir40W35Nb5Zr15Al5高熵合金。
如图1所示,本实施例成功制备了难熔高熵合金Ir40W35Nb5Zr15Al5,合金呈枝晶状。如图2所示,制备的难熔高熵合金Ir40W35Nb5Zr15Al5包含BCC固溶体相和Laves金属间化合物相。制备的难熔高熵合金的性能见表1,如图3所示,Ir40W35Nb5Zr15Al5高熵合金在室温压缩屈服强度为1560MPa、压缩断裂强度为2035MPa、延伸率为22%;Ir40W35Nb5Zr15Al5高熵合金在1100℃的压缩屈服强度为687MPa、压缩断裂强度为1091MPa、延伸率为25%。如图4所示,其平均氧化速率为1.70mg/(cm2·h)。
实施例2:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir45W35Rh10Ta5Cr5。具体制备方法如下:
按照原子比Ir∶W∶Rh∶Ta∶Cr=45∶35∶10∶5∶5的比例称取纯金属,多加入8%的Ir元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,待炉内真空度达到2.0×10-3Pa以下后,关闭真空泵,充氩气至0.090MPa;
②打开电源首先电弧熔炼钛锭,待钛锭完全熔化并保持熔融态1min后关闭电源;再次打开电源,电弧熔炼电流为200~400A,电弧熔炼高熵合金90s,在熔炼过程中采用电磁搅拌以使合金均匀化,保持合金为熔融态2min后关闭电源后待合金锭冷却;
③翻转合金锭,重复②过程;重复③过程至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于Φ15×50mm的铜模具中成形,之后进行1400℃、保温5h、随炉冷却的热处理,最终得到Ir45W35Rh10Ta5Cr5高熵合金。
如图5所示,本实施例成功制备了难熔高熵合金Ir45W35Rh10Ta5Cr5,合金呈胞状晶形貌。如图6所示,制备的难熔高熵合金Ir45W35Rh10Ta5Cr5包含BCC固溶体相基体和少量Laves金属间化合物相。制备的难熔高熵合金的性能见表1,如图7所示,Ir45W35Rh10Ta5Cr5高熵合金在室温压缩屈服强度为1585MPa、压缩断裂强度为1765MPa、延伸率为16%;
Ir45W35Rh10Ta5Cr5高熵合金在1100℃的压缩屈服强度为589MPa、压缩断裂强度为989MPa、延伸率为18%。如图8所示,其氧化速率为2.10mg/(cm2·h)。
实施例3:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5。具体制备方法如下:
按照原子比Ir∶W∶Hf∶Nb∶Al∶Si=45∶30∶5∶10∶5∶5的比例称取纯金属,多加入10%的稀土元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,待炉内真空度达到1.5×10-3Pa以下后,关闭真空泵,充氩气至0.085MPa;
②打开电源首先电弧熔炼钛锭,待钛锭完全熔化并保持熔融态1min后关闭电源;再次打开电源,电弧熔炼电流为200~400A,电弧熔炼高熵合金90s,在熔炼过程中采用电磁搅拌以使合金均匀化,保持合金为熔融态2min后关闭电源后待合金锭冷却;
③翻转合金锭,重复②过程;重复③过程至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于Φ10×50mm的铜模具中成形,之后进行1350℃、保温4.5h、随炉冷却的热处理,最终得到Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5高熵合金。
制备的难熔高熵合金的性能见表1,Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5高熵合金的微观结构包含BCC固溶体相和Laves金属间化合物相。Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5高熵合金在室温压缩屈服强度为1365MPa、压缩断裂强度为1673MPa、延伸率为18%;Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5高熵合金在1100℃的压缩屈服强度为656MPa、压缩断裂强度为704MPa、延伸率为22%。如图9所示,其氧化速率为1.46mg/(cm2·h)。
实施例4:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3。具体制备方法如下:
按照原子比Ir∶W∶Pt∶Mo∶Nb∶Al∶Ni=35∶35∶2∶10∶10∶5∶3的比例称取纯金属,多加入8%的稀土元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,待炉内真空度达到2.0×10-3Pa以下后,关闭真空泵,充氩气至0.090MPa;②打开电源首先电弧熔炼钛锭,待钛锭完全熔化并保持熔融态1min后关闭电源;再次打开电源,电弧熔炼电流为200~400A,电弧熔炼高熵合金120s,在熔炼过程中采用电磁搅拌以使合金均匀化,保持合金为熔融态2min后关闭电源后待合金锭冷却;③翻转合金锭,重复②过程;重复③过程至少3次,得到高熵合金纽扣锭;④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于Φ15×50mm的铜模具中成形,之后进行1350℃、保温5h、随炉冷却的热处理,最终得到Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3高熵合金。
制备的难熔高熵合金的性能见表1,Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3高熵合金的微观结构包含BCC固溶体相和Laves金属间化合物相。Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3高熵合金在室温压缩屈服强度为1300MPa、压缩断裂强度为1578MPa、延伸率为20%;Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3高熵合金在1100℃的压缩屈服强度为712MPa、压缩断裂强度为768MPa、延伸率为24%。如图10所示,其氧化速率为1.98mg/(cm2·h)。
实施例5:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir50W30Pd6V10Co2Pr2。具体制备方法如下:
按照原子比比例称取纯金属,多加入Ir元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,对炉体抽真空后通入惰性气体;
②在惰性气体保护条件下首先熔炼钛锭以降低炉体内氧含量;在惰性气体保护条件下对上述金属单质进行电弧熔炼,所属电弧熔炼过程同时对熔体进行电磁搅拌以使合金成分均匀,电弧熔炼完成后冷却得到纽扣锭;
③翻转合金锭,并重熔纽扣锭至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于模具中冷却成型,之后进行1250~1500℃、保温1~24h后,随炉冷却的热处理过程,最终得到Ir50W30Pd6V10Co2Pr2高熵合金。
制备的难熔高熵合金Ir50W30Pd6V10Co2Pr2的性能如表1所示。
实施例6:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir30W50Os5Zr10Ce5。具体制备方法如下:
按照原子比比例称取纯金属,多加入Ir元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,对炉体抽真空后通入惰性气体;
②在惰性气体保护条件下首先熔炼钛锭以降低炉体内氧含量;在惰性气体保护条件下对上述金属单质进行电弧熔炼,所属电弧熔炼过程同时对熔体进行电磁搅拌以使合金成分均匀,电弧熔炼完成后冷却得到纽扣锭;
③翻转合金锭,并重熔纽扣锭至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于模具中冷却成型,之后进行1250~1500℃、保温1~24h后,随炉冷却的热处理过程,最终得到Ir30W50Os5Zr10Ce5高熵合金。
制备的难熔高熵合金Ir30W50Os5Zr10Ce5的性能如表1所示。
实施例7:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir60W30Ru3Hf2Gd5。具体制备方法如下:
按照原子比比例称取纯金属,多加入Ir元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,对炉体抽真空后通入惰性气体;
②在惰性气体保护条件下首先熔炼钛锭以降低炉体内氧含量;在惰性气体保护条件下对上述金属单质进行电弧熔炼,所属电弧熔炼过程同时对熔体进行电磁搅拌以使合金成分均匀,电弧熔炼完成后冷却得到纽扣锭;
③翻转合金锭,并重熔纽扣锭至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于模具中冷却成型,之后进行1250~1500℃、保温1~24h后,随炉冷却的热处理过程,最终得到Ir60W30Ru3Hf2Gd5高熵合金。
制备的难熔高熵合金Ir60W30Ru3Hf2Gd5的性能如表1所示。
实施例8:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir30W50Pt5Ta5Ni3Sm2。具体制备方法如下:
按照原子比比例称取纯金属,多加入Ir元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,对炉体抽真空后通入惰性气体;
②在惰性气体保护条件下首先熔炼钛锭以降低炉体内氧含量;在惰性气体保护条件下对上述金属单质进行电弧熔炼,所属电弧熔炼过程同时对熔体进行电磁搅拌以使合金成分均匀,电弧熔炼完成后冷却得到纽扣锭;
③翻转合金锭,并重熔纽扣锭至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于模具中冷却成型,之后进行1250~1500℃、保温1~24h后,随炉冷却的热处理过程,最终得到Ir30W50Pt5Ta5Ni3Sm2高熵合金。
制备的难熔高熵合金Ir30W50Pt5Ta5Ni3Sm2的性能如表1所示。
实施例9:
一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,所述难熔高熵合金的组成表达式为Ir40W40Pt10Mo4La4Er2。具体制备方法如下:
按照原子比比例称取纯金属,多加入Ir元素烧损量。
电弧熔炼法制备耐烧蚀难熔高熵合金:
①将上述金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,对炉体抽真空后通入惰性气体;
②在惰性气体保护条件下首先熔炼钛锭以降低炉体内氧含量;在惰性气体保护条件下对上述金属单质进行电弧熔炼,所属电弧熔炼过程同时对熔体进行电磁搅拌以使合金成分均匀,电弧熔炼完成后冷却得到纽扣锭;
③翻转合金锭,并重熔纽扣锭至少3次,得到高熵合金纽扣锭;
④去除纽扣锭表面氧化层并切割成块状样品,将块状样品熔化后置于模具中冷却成型,之后进行1250~1500℃、保温1~24h后,随炉冷却的热处理过程,最终得到Ir40W40Pt10Mo4La4Er2高熵合金。
制备的难熔高熵合金Ir40W40Pt10Mo4La4Er2的性能如表1所示。
表1
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,其特征在于,所述难熔高熵合金的组成表达式为IraWbXcYdZe,其中:a=30~60,b=30~50,c=0~20,d=0~20,e=0~5;
所述X为Pt、Pd、Ru、Rh、Os中的任意一种或多种,
所述Y为Mo、Nb、Ta、V、Zr、Hf、Y、Re中的任意一种或多种,
所述Z为Al、Si、Mg、Co、Ni、Cr、La、Ce、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er中的任意一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,其特征在于,a+b=60~90,c+d+e=10~40,a+b+c+d+e=100。
3.根据权利要求1或2所述的一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,其特征在于,所述难熔高熵合金为Ir40W35Nb5Zr15Al5、Ir45W35Rh10Ta5Cr5、Ir45W30Hf5Nb10Al5Si5、Ir35W35Pt2Mo10Nb10Al5Ni3、Ir50W30Pd6V10Co2Pr2、Ir30W50Os5Zr10Ce5、Ir60W30Ru3Hf2Gd5、Ir30W50Pt5Ta5Ni3Sm2、Ir40W40Pt10Mo4La4Er2中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金,其特征在于,所述难熔高熵合金的室温压缩性能为:的屈服强度为350~1850MPa、断裂强度为400~2200MPa、断裂应变为1.5~40%;所述难熔高熵合金的高温压缩性能为:屈服强度为100~800MPa、断裂强度为150~900MPa、断裂应变为2.0~40%;所述难熔高熵合金的高温平均氧化速率为:0.1~160mg/(cm2·h)。
5.一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:按照成分的配比称重各个金属单质,超声清洗后烘干备用;
步骤S2:采用电弧熔炼法制备难熔高熵合金,将金属单质和钛锭分别置于非自耗真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中,对炉体抽真空后通入惰性气体;
步骤S3:在惰性气体下,首先熔炼钛锭以降低炉体内氧含量,然后对金属单质进行电弧熔炼,且同时对熔体进行电磁搅拌以使合金成分均匀,最终冷却得到纽扣锭;翻转纽扣锭并重熔纽扣锭若干次,使纽扣锭成分均匀;
步骤S4:去除纽扣锭表面的氧化层并切割成块状样品,将若干块状样品熔化后置于模具中冷却成型,在1250~1500℃下保温1~24h,然后,进行随炉冷却的热处理,最终得到难熔高熵合金。
6.根据权利要求5所述的一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,额外加入3~10wt%的Ir金属单质。
7.根据权利要求5所述的一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,将炉体抽真空至真空度≤1.5×10-3Pa,然后充入惰性气体至0.080~0.095MPa。
8.根据权利要求5所述的一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,电弧熔炼的电流为200~400A、熔炼时间为30~120s;
在纽扣锭重熔时,保持合金为液态2~3min后再冷却。
9.根据权利要求8所述的一种兼具高温耐烧蚀性和高温抗氧化性的难熔高熵合金的制备方法,其特征在于,翻转纽扣锭并重熔纽扣锭大于或者等于3次。
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