本發(fā)明屬于高熵合金，涉及一種高強(qiáng)度及高抗氧化性難熔高熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的快速發(fā)展，對(duì)高溫材料的性能提出了更高的要求。然而，目前廣泛使用的鎳基高溫合金存在固有熔點(diǎn)(1300℃)的限制，因而難以滿(mǎn)足較高的使用要求。貴金屬合金(例如ptir合金和ptrh合金)具有更高的熔點(diǎn)和優(yōu)異的抗氧化性，但是銥、銠、鉑均屬于貴金屬，其價(jià)格昂貴，并且使用過(guò)程中氧化揮發(fā)嚴(yán)重，從而限制了其發(fā)展。近年來(lái)，高熵合金的概念被提出，其通常由四種及以上元素等摩爾比或非等摩爾比組成。其中，難熔高熵合金由于其高熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定和優(yōu)異的高溫強(qiáng)度引起了人們的廣泛關(guān)注。

2、然而，現(xiàn)有多數(shù)難熔多主元合金主要由nb、mo、ta、w、ti、zr等元素組成，其在高溫下難以形成致密的氧化膜從而表現(xiàn)出較差的高溫抗氧化性。

3、因此，有必要提供一種高強(qiáng)度及高抗氧化性難熔高熵合金及其制備方法，通過(guò)合理的合金成分設(shè)計(jì)，結(jié)合適宜的制備方法，獲得具有高強(qiáng)度及高抗氧化性的難熔高熵合金。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服背景技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)合理的合金成分配比，一方面，合金構(gòu)成元素種類(lèi)較少，同時(shí)，合金元素構(gòu)成中，除pt外，其余均不屬于貴金屬，有效降低合金制造成本；另一方面，合金不僅能夠形成氧化層，有效阻止合金氧化揮發(fā)，還能有效阻止氧、氮滲透氧化層向內(nèi)擴(kuò)散，從而顯著提升合金高溫抗氧化性，使合金兼具高強(qiáng)度及良好的高溫抗氧化性能。結(jié)合制備方法，使合金熔煉后，更加均勻，有利于提升合金制成的鑄件的使用性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明一方面提出了一種高強(qiáng)度及高抗氧化性難熔高熵合金，所述合金化學(xué)成分表達(dá)式為ptxcrtati，合金中成分元素摩爾比為pt：cr：ta：ti＝x:1:1:1，其中x＝0.1～1。

4、本發(fā)明另一方面提出了一種制備上述合金的方法，所述制備方法包括以下步驟：

5、(1)預(yù)處理：去除單質(zhì)金屬pt、cr、ta、ti表面氧化層，先對(duì)單質(zhì)金屬進(jìn)行超聲清洗，然后對(duì)單質(zhì)金屬進(jìn)行烘干，烘干后進(jìn)行酸洗，然后再對(duì)單質(zhì)金屬進(jìn)行超聲清洗，最后再對(duì)單質(zhì)金屬進(jìn)行清洗，烘干后得到潔凈的單質(zhì)金屬；

6、(2)真空電弧熔煉：按照難熔高熵合金元素摩爾比稱(chēng)量單質(zhì)金屬，按照從下到上依次為cr、ta、ti、pt的順序?qū)钨|(zhì)金屬放入水冷銅模坩堝中，在氬氣環(huán)境下，對(duì)單質(zhì)金屬進(jìn)行真空電弧熔煉，熔煉過(guò)程中，對(duì)合金進(jìn)行翻面，翻面熔煉至少5次，熔煉后冷卻得到合金鑄錠。

7、作為優(yōu)選，所述單質(zhì)金屬pt、cr、ta、ti的純度均為99.99％。

8、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，第一次超聲清洗使用無(wú)水乙醇作為清洗液，清洗時(shí)間為10-15min。

9、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，烘干溫度為100℃，烘干時(shí)間為2h。

10、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，使用氫氟酸進(jìn)行酸洗，酸洗時(shí)間9-15min。

11、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，第二次超聲清洗使用清水作為清洗液，每清洗9-15min后，更換清水，重復(fù)清洗5次以上。

12、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，最后使用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為10min。

13、作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，首先將熔煉環(huán)境抽至真空，然后充入氬氣至0.04-0.05mpa，熔煉開(kāi)始時(shí)，首先調(diào)整引弧電流為50-100a，待pt、ti全部熔化后，將引弧電流調(diào)節(jié)至150-220a繼續(xù)熔煉，熔煉至少5min后進(jìn)行翻面。

14、作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，第一次翻面時(shí)，將合金置于水冷銅模坩堝邊緣進(jìn)行熔煉，此后每次翻面，均將合金置于水冷銅模坩堝邊緣處進(jìn)行熔煉，最后一次翻面時(shí)，將合金置于水冷銅模坩堝中心進(jìn)行熔煉。

15、本發(fā)明的有益效果：

16、1.本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)計(jì)合金成分，使合金形成氧化層，對(duì)元素氧化揮發(fā)形成阻止效果，同時(shí)有效阻止氧、氮滲透氧化層向內(nèi)擴(kuò)散，從而顯著提升合金高溫抗氧化性能。

17、2.本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)計(jì)合金成分，使合金在具備優(yōu)異的高溫抗氧化性能的同時(shí)，強(qiáng)度能夠達(dá)到2559mpa，合金同時(shí)具有較高強(qiáng)度。

18、3.本發(fā)明合金成分中，pt金屬熔點(diǎn)為1768.3℃，cr金屬熔點(diǎn)為1907℃，ta金屬熔點(diǎn)為3017℃，ti金屬熔點(diǎn)為1668℃，金屬熔點(diǎn)差距較大，特別是ta金屬熔點(diǎn)較高，熔煉過(guò)程中，容易出現(xiàn)低熔點(diǎn)元素熔化而高熔點(diǎn)元素在熔融態(tài)合金中無(wú)法完全均勻熔化的情況，通過(guò)將合金放置于水冷銅模坩堝邊緣進(jìn)行熔煉，已經(jīng)熔化的合金沿坩堝側(cè)壁逐漸流至水冷銅模坩堝中心，未熔化的合金暫時(shí)停留在坩堝邊緣處，然后通過(guò)集中熔化停留在坩堝邊緣處的未熔化合金，使熔融態(tài)合金更加均勻，從而使最終得到的合金鑄錠更加均勻，減少合金鑄錠缺陷。

19、4.本發(fā)明合金構(gòu)成元素種類(lèi)較少，并且構(gòu)成元素中，僅有pt屬于貴金屬，而貴金屬在金融市場(chǎng)上，具體體現(xiàn)為其價(jià)格相對(duì)較高，被認(rèn)為是珍貴的金屬，由此，本發(fā)明合金構(gòu)成元素種類(lèi)較少，同時(shí)減少構(gòu)成元素中貴金屬種類(lèi)，有利于降低合金制造成本，有助于合金進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高強(qiáng)度及高抗氧化性能難熔高熵合金，其特征在于：所述合金化學(xué)成分表達(dá)式為ptxcrtati，合金中成分元素摩爾比為pt：cr：ta：ti＝x:1:1:1，其中x＝0.1～1。

2.制備權(quán)利要求1的高強(qiáng)度及高抗氧化性能難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述單質(zhì)金屬pt、cr、ta、ti的純度均為99.99％。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，第一次超聲清洗使用無(wú)水乙醇作為清洗液，清洗時(shí)間為10-15min。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，烘干溫度為100℃，烘干時(shí)間為2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，使用氫氟酸進(jìn)行酸洗，酸洗時(shí)間9-15min。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，第二次超聲清洗使用清水作為清洗液，每清洗9-15min后，更換清水，重復(fù)清洗5次以上。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，最后使用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為10min。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述步驟(2)中，首先將熔煉環(huán)境抽至真空，然后充入氬氣至0.04-0.05mpa，熔煉開(kāi)始時(shí)，首先調(diào)整引弧電流為50-100a，待pt、ti全部熔化后，將引弧電流調(diào)節(jié)至150-220a繼續(xù)熔煉，熔煉至少5min后進(jìn)行翻面。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備難熔高熵合金的方法，其特征在于：所述步驟(2)中，第一次翻面時(shí)，將合金置于水冷銅模坩堝邊緣進(jìn)行熔煉，此后每次翻面，均將合金置于水冷銅模坩堝邊緣處進(jìn)行熔煉，最后一次翻面時(shí)，將合金置于水冷銅模坩堝中心進(jìn)行熔煉。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度及高抗氧化性難熔高熵合金及其制備方法，屬于高熵合金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明合金成分元素摩爾比為Pt：Cr：Ta：Ti＝x:1:1:1，其中x＝0.1～1，本發(fā)明制備方法包括：(1)預(yù)處理；(2)真空電弧熔煉。本發(fā)明通過(guò)合理的合金成分設(shè)計(jì)，結(jié)合適宜的制備方法，在較低成本的基礎(chǔ)上，制備得到強(qiáng)度、高溫氧化性能、均勻性均較好的合金，從而使合金能夠滿(mǎn)足更高的使用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：魏燕,肖祥興,文嘉棟,胡昌義,王獻(xiàn),蔡宏中,郭俊梅,陳力,陳登權(quán),張昆華,張貴學(xué),汪星強(qiáng),趙興東,王學(xué)航,張?jiān)傁?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南貴金屬實(shí)驗(yàn)室有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10