一种高韧高强难熔高熵合金及其制备方法与流程

本发明涉及高熵合金，具体涉及一种高韧高强难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、随着航空发动机推重比的不断提高和高超声速飞行器的快速发展，热端部件的服役温度已超过1400℃，对材料的超高温力学性能、断裂韧性和热稳定性提出了极为苛刻的要求。传统镍基单晶高温合金的使用温度已接近其熔点极限（约1350℃），难以满足更高温度下的服役需求。

2、难熔高熵合金（refractory high-entropy alloys, rheas）由ti、v、cr、zr、nb、mo、hf、ta、w等高熔点元素组成，因其在超高温下仍能保持优异的力学性能而成为新一代超高温结构材料的研究热点。多种具有难熔高熵合金体系，如nbtamow、nbtizr和nbtiv等，受到了研究者的广泛关注。但nbtamow合金体系在室温下脆性大限制其应用。有一些研究通过加入ti、zr、cr等元素，提高其室温延展性。然而，降低了nbtamow合金的高温强度指标。还有一些研究通过添加加强相，例如cn113373364a公开了一种颗粒增强难熔高熵复合材料，通过添加wc颗粒增强难熔高熵合金以提升其硬度和强度。然而，wc颗粒与难熔高熵合金基体之间的界面润湿性较差，可能会损害材料的断裂韧性。

3、如何在保持难熔高熵合金超高温优势的同时，进一步提升其硬度、断裂韧性和高温强度，仍是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，以难熔高熵合金为基体、纳米zrc为增强相，利用zrc与基体之间良好的界面润湿性和晶体学匹配关系形成牢固的界面结合，同时发挥纳米zrc的颗粒强化和细晶强化效应，使复合材料在保持高硬度的同时显著提升断裂韧性。

2、为达到上述技术目的，本发明提供了一种高韧高强难熔高熵合金，包括难熔高熵合金基体以及分布于所述难熔高熵合金基体中的纳米zrc；

3、所述难熔高熵合金基体由ti、v、cr、zr、nb、mo、hf、ta、w、re中的至少五种元素构成；

4、所述纳米zrc的用量为所述难熔高熵合金基体质量的2.8%-11.5%。

5、进一步地，所述纳米zrc的粒径为50-200nm。

6、进一步地，所述难熔高熵合金基体由mo、nb、ta、w和re组成，其中，mo、nb、ta、w在所述基体中的原子占比各自独立地为15%-30%，re在所述基体中的原子占比为10%-30%。

7、进一步地，所述mo、nb、ta、w和re的粒径各自独立地为50-200nm。

8、进一步地，所述难熔高熵合金的室温维氏硬度≥1500hv，断裂韧性≥12mpa·m1/2，1000℃高温维氏硬度保持率≥65%，且1000℃高温断裂韧性高于其室温断裂韧性。

9、本发明还提供了一种高韧高强难熔高熵合金的制备方法，包括，

10、选取ti、v、cr、zr、nb、mo、hf、ta、w、re中的至少五种金属单质作为难熔高熵合金前驱体；

11、将难熔高熵合金前驱体与占所述前驱体质量2.8%-11.5%的纳米zrc进行球磨处理，得到复合粉末；

12、将复合粉末热处理得到高韧高强难熔高熵合金。

13、进一步地，所述球磨处理包括，以球料比8-12:1、转速350-450rpm持续30-50h。

14、进一步地，所述热处理包括，以升温速率50-150℃/min升至温度1600-1900℃，施加压力40-70mpa并保温5-15min。

15、进一步地，所述金属单质和所述纳米zrc的纯度≥99.9%。

16、进一步地，所述球磨处理在无氧化气体氛围中进行；

17、所述热处理在真空或保护气氛围下进行。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

19、本发明提供的高韧高强难熔高熵合金，以纳米zrc作为难熔高熵合金基体的增强相，纳米尺度的zrc增强相实现了显著的颗粒强化和细晶强化效应，在提升硬度的同时改善断裂韧性，解决了难熔高熵合金基复合材料强韧性不匹配的共性难题，满足航空发动机热端部件、高超声速飞行器前缘等超高温服役环境对材料高硬度、高韧性和高温稳定性的综合要求。

20、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

1.一种高韧高强难熔高熵合金，其特征在于，包括难熔高熵合金基体以及分布于所述难熔高熵合金基体中的纳米zrc；

2.根据权利要求1所述的高韧高强难熔高熵合金，其特征在于，所述纳米zrc的粒径为50-200nm。

3.根据权利要求1所述的高韧高强难熔高熵合金，其特征在于，所述难熔高熵合金基体由mo、nb、ta、w和re组成，其中，mo、nb、ta、w在所述基体中的原子占比各自独立地为15%-30%，re在所述基体中的原子占比为10%-30%。

4.根据权利要求3所述的高韧高强难熔高熵合金，其特征在于，所述mo、nb、ta、w和re的粒径各自独立地为50-200nm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高韧高强难熔高熵合金，其特征在于，其室温维氏硬度≥1500hv，断裂韧性≥12mpa·m1/2，1000℃高温维氏硬度保持率≥65%，且1000℃高温断裂韧性高于其室温断裂韧性。

6.一种高韧高强难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，包括，

7.根据权利要求6所述的高韧高强难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述球磨处理包括，以球料比8-12:1、转速350-450rpm持续30-50h。

8.根据权利要求6所述的高韧高强难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述热处理包括，以升温速率50-150℃/min升至温度1600-1900℃，施加压力40-70mpa并保温5-15min。

9.根据权利要求6所述的高韧高强难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述金属单质和所述纳米zrc的纯度≥99.9%。

10.根据权利要求6所述的高韧高强难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，所述球磨处理在无氧化气体氛围中进行；