一种原位生成碳化物增强Nb-Mo-Ta-W-M-C高温共晶高熵合金及其制备方法

一种原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及合金材料领域，具体涉及一种原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金及其制备方法。


背景技术：

2.传统的高温合金会存在高温强度不足、高温软化、高温抗氧化性能差和室温脆性等问题。并且传统的钴基、镍基高温合金的工作温度一般不超过1200℃。高熵合金具有高硬度、高强度、抗氧化、抗腐蚀、耐高温等特性，在材料科学和工程领域引起了广泛关注。高温高熵合金具有良好的高温力学性能，为解决这些问题带来了希望，但单纯金属元素构成的高温高熵合金难以满足超高温的应用需求。因此，进一步优化高温高熵合金耐高温性能，拓展其在超高温领域的应用具有重要的科学意义和工程价值。
3.目前大多数高熵合金均是采用熔炼的方式制备，单相固溶体结构的高熵合金铸造流动性差，铸造缺陷明显和成分偏析严重，限制了高熵合金的规模化工业应用。考虑到共晶合金具有良好的流动性，在铸造过程中有利于减少缺陷、降低偏析。并且，共晶合金中存在的规则层状或棒状的伴生共晶组织，可以使合金结构微观可控。若能将共晶合金和高熵合金的优势结合，形成新的合金体系，该合金的铸造性能和性能调控等各方面特性将得到大幅度的改善。2014年卢一平教授率先提出了共晶高熵合金(eheas)的设计理念，并成功开发出了兼具高强度、高塑性的alcocrfeni2.1共晶高熵合金，该共晶高熵合金具有良好的铸造性能，相对于单相高熵合金，其铸锭表面致密，没有气孔、缩孔等缺陷。
4.目前，已开发典型的共晶高熵合金有al-co-cr-fe-ni、co-cr-fe-ni-ta、co-cr-fe-ni-hf、co-mo-ni-v-w、co-fe-ni-v-nb、al-co-cr-ni等体系，此类共晶高熵合金多含有al、co、cr、fe、ni这几种元素组成，虽然这些共晶高熵合金较早期研究的单相高熵合晶具有较好的塑性，但因其相变温度和熔点较低(《1500℃)，限制了其在超高温领域的应用。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金，合金组分为nbamobtacwdm
ecf
，本发明制备的合金结合了高温合金和共晶高熵合金的优势，由于大量原位生成的碳化物相和共晶组织的共同作用，合金在具有较高的高温力学性能的同时具有优异的铸造性能，能够满足先进高温结构材料的需要。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.一种原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金，合金组分为nbamobtacwdm
ecf
，m为ti、re中的一种，a、b、c、d、e、f分别代表对应元素的原子百分比，其中17《a≤27，16《b≤26，17≤c≤35，15≤d≤35，0≤e≤25，10≤f≤20。
8.优选的，所述高温共晶高熵合金微观组织为典型的伴生的共晶组织特征，由体心
立方结构的高熵合金固溶体相与原位生成的具有密排六方结构或面心立方结构的碳化物相组成层片状共晶组织。
9.本发明的另一个目的是提供一种上述所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
10.s1、按照原子百分比称取原料nb、mo、ta、w、ti、re和tac，将配好的原料按熔点从低到高依次放入真空电弧熔炼炉的铜坩埚中；
11.s2、将钛锭放入真空电弧熔炼炉的另一坩埚中，在氩气气氛保护下先熔化钛锭；
12.s3、然后开始熔炼步骤s1的合金原料，并进行搅拌均匀熔炼，获得合金铸锭，经冷却后翻转铸锭；
13.s4、按照步骤s3反复熔炼，冷却之后得到nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金。
14.优选的，步骤s1配料前对原料进行酸洗，酸洗之后超声清洗，烘干，原料的纯度均≥99.9wt％。
15.优选的，步骤s1中tac为粉末，纯度≥99.5wt.％。
16.优选的，步骤s2中熔化钛锭的时间为3～5分钟。
17.优选的，步骤s2中，钛锭放置后抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.05～0.06mpa。
18.优选的，步骤s3中，熔炼合金原料的电流为400～500a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4～5分钟。
19.优选的，步骤s4中，反复熔炼次数≥5次。
20.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
21.1、本发明制备了具有典型的伴生层片状共晶组织的nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金，采用该方法制备的nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金密度为12.96g/cm3，本发明制备的合金微观形貌为典型的伴生层片状共晶组织，由bcc结构的高熵合金固溶体相与原位生成的具有hcp或者fcc结构的碳化物相组成，该合金结合了高温高熵合金和共晶高熵合金的优势，由于大量原位生成的碳化物相和共晶组织的共同作用，合金在具有较高的高温力学性能的同时具有优异的铸造性能，能够满足先进高温结构材料的需要。
22.2、本发明制备的合金的dsc曲线证实合金在室温至1450℃区间内晶体结构稳定，未发生相变，由于相的稳定性好，在高温条件下不易发生破坏，应用的安全性好。
23.3、本发明制备方法操作简单、安全，制备效果好，操作过程只有真空电弧熔炼一步，即可制得成分均匀的nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金铸锭。
24.4、本发明制备的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金，由于的大量c元素(＞10at.％)的添加，在熔炼时，c元素会与原料中的难熔金属元素(nb、mo、ta、w、re、ti)原位生成大量的碳化物增强相，碳化物相具有高熔点以及高的热稳定性，并与难熔金属固溶体相形成了共晶组织，合金结合了高温合金和共晶高熵合金的优势，由于大量原位生成的碳化物相和共晶组织的共同作用，合金在具有较高的高温力学性能的同时具有优异的铸造性能，能够满足先进高温结构材料的需要。
25.5、本发明结合共晶高熵合金和高温高熵合金的优势，以高温金属制备出高温共晶高熵合金，可以提高共晶高熵合金高温力学性能，同时，共晶组织存在使高温共晶高熵合金具有优异的铸造性能，能够满足先进高温结构材料的需要。
附图说明
26.图1为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金的背散射sem图像；
27.图2为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金的xrd衍射图谱；
28.图3为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金的dsc曲线；
29.图4为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金的epma元素分布图；
30.图5为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金ebsd相分布图；
31.图6为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金局部tem图像；
32.图7为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金室温压缩工程应力-应变曲线；
33.图8为本发明实施例1nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金1500℃高温压缩工程应力-应变曲线；
34.图9为本发明实施例2nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
ti
19.1c13.6
高温共晶高熵合金的xrd衍射图谱；
35.图10为本发明实施例2nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
ti
19.1c13.6
高温共晶高熵合金的sem图像；
36.图11为本发明实施例3nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
re
16.7c16
高温共晶高熵合金的xrd衍射图谱；
37.图12为本发明实施例3nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
re
16.7c16
高温共晶高熵合金的sem图像；
38.图13为本发明实施例3nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
re
16.7c16
高温共晶高熵合金的室温压缩工程应力-应变曲线。
具体实施方式
39.下面结合本发明实施例，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明。
40.实施例1
41.一种nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
42.(1)按照nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
43.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.05mpa，熔炼合金之前先熔炼纯钛锭4分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
44.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在450a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
45.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温
共晶高熵合金。
46.实施例2
47.一种nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
ti
19.1c13.6
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
48.(1)按照nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
ti
19.1c13.6
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
ti
19.1c13.6
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
49.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.06mpa，熔炼合金之前先熔炼纯钛锭3分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
50.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在400a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持5分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
51.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
ti
19.1c13.6
高温共晶高熵合金。
52.实施例3
53.一种nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
re
16.7c16
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
54.(1)按照nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
re
16.7c16
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
re
16.7c16
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
55.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.06mpa；熔炼合金之前先熔炼纯钛锭5分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
56.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在500a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4.5分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
57.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
re
16.7c16
高温共晶高熵合金。
58.实施例4
59.一种nb
17.8
mo
16.4
ta
17.8w34.8c13.2
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
60.(1)按照nb
17.8
mo
16.4
ta
17.8w34.8c13.2
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
61.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.05mpa，熔炼合金之前先熔炼纯钛锭4分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
62.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在450a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
63.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
17.8
mo
16.4
ta
17.8w34.8c13.2
高温共晶高熵合金。
64.实施例5
65.一种nb
26.1
mo
18.1
ta
17.1w16.2
ti
12.3c10.2
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
66.(1)按照nb
26.1
mo
18.1
ta
17.1w16.2
ti
12.3c10.2
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
17.7
mo
16.4
ta
17.6w15.6
ti
19.1c13.6
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
67.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.06mpa，熔炼合金之前先熔炼纯钛锭3分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
68.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在400a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持5分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
69.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
26.1
mo
18.1
ta
17.1w16.2
ti
12.3c10.2
高温共晶高熵合金。
70.实施例6
71.一种nb
17.2
mo
16.3
ta
17.1w16.1
re
13.8c19.5
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
72.(1)按照nb
17.2
mo
16.3
ta
17.1w16.1
re
13.8c19.5
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
17.2
mo
16.3
ta
17.1w16.1
re
13.8c19.5
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
73.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.06mpa；熔炼合金之前先熔炼纯钛锭5分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
74.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在500a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4.5分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
75.反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
17.2
mo
16.3
ta
17.1w16.1
re
13.8c19.5
高温共晶高熵合金。
76.对比例1
77.一种nb
11.1
mo
13.2
ta
12.4w12.8
re
26.2c24.3
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
78.(1)按照nb
11.1
mo
13.2
ta
12.4w12.8
re
26.2c24.3
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
16.3
mo
15.8
ta
16.7w15.5
re
27.2c24
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
79.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯氩气至0.05mpa；熔炼合金之前先熔炼纯钛锭3分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
80.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在400a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
81.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
11.1
mo
13.2
ta
12.4w12.8
re
26.2c24.3
高温共晶高熵合金。
82.对比例2
83.一种nb
16.7
mo
15.8
ta
16.7w15.5
re
35.3
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
84.(1)按照nb
16.7
mo
15.8
ta
16.7w15.5
re
35.3
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
16.3
mo
15.8
ta
16.7w15.5
re
27.2c24
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
85.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯氩气至0.05mpa；熔炼合金之前先熔炼纯钛锭3分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
86.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在400a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
87.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
16.7
mo
15.8
ta
16.7w15.5
re
35.3
高温共晶高熵合金。
88.对比例3
89.一种nb
10.2
mo
14.1
ta
35.1w35.2c5.4
高温共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
90.(1)按照nb
10.2
mo
14.1
ta
35.1w35.2c5.4
原子百分比称取nb、mo、ta、w金属单质原料，先机械打磨去除表面氧化皮，然后用无水乙醇进行超声波清洗，烘干，得到纯度≥99.9wt.％的金属原料，称取tac粉末，其纯度≥99.5wt.％；用清洗好的原料按nb
16.3
mo
15.8
ta
16.7w15.5
re
27.2c24
配比进行精准称量，误差在
±
0.0005g，将称量好的金属原料按熔点由低到高的顺序依次放入电弧熔炼的水冷坩埚中，其中熔点最低的放在最下层，熔点最高的元素放在最上层；
91.(2)然后将纯钛锭放在另一个水冷铜坩埚中，全都放置完毕后关闭炉门，抽真空至5×
10-3
pa，然后充入纯氩气至0.05mpa；熔炼合金之前先熔炼纯钛锭3分钟，以去除熔炼炉内残余的氧气；
92.(3)然后进行合金的熔炼，熔炼电流在400a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4分钟，同时打开电磁搅拌使熔炼更均匀，待合金铸锭冷却后翻转铸锭；
93.(4)反复熔炼5次以上以保证熔炼均匀，冷却后得到nb
10.2
mo
14.1
ta
35.1w35.2c5.4
高温共晶高熵合金。
94.结果分析
95.实施例1的背散射sem图像如图1所示，可以看出合金形成了典型的双相伴生的共晶组织特征；实施例1的xrd衍射图谱如图2所示，该高温共晶高熵合金由bcc结构的高熵合金固溶体相与hcp和fcc结构的的碳化物相组成，图3为本发明实施例1的dsc曲线，显示出一条接近平直的直线，表明nb
22.2
mo
20.5
ta
22.0w19.5c15.8
高温共晶高熵合金在室温至1450℃区间内晶体结构稳定，未发生相变，由于相的稳定性好，在高温条件下不容易发生破坏，应用的安全性好；图4为实施例1的epma元素分布图，合金在晶粒内部，深灰色的区域富含nb、ta、c，浅灰色的区域富含w、mo，在晶界处还富含nb、c元素；图5为实施例1的ebsd相分布图，进一步验证了合金由bcc、hcp、fcc三种相组成，由深灰色hcp结构碳化物相和浅灰色bcc结构高熵合金相形成了典型的双相伴生的共晶组织特征；图6为实施例1的局部tem图像，进一步验证了共晶组织由bcc和hcp相组成，在fcc相中，观测到了明显的孪晶；图7为室温压缩工程应力-应变图，压缩极限强度为1700mpa，最大变形量为2.5％；图8为1500℃高温压缩应力-应变图，合金抗压强度为627mpa，当应变达到35％时，样品未断裂。
96.实施例2的xrd衍射图谱如图9所示，该高温共晶高熵合金由fcc碳化物和bcc高熵合金固溶体相两种相组成，图10为实施例2的高温共晶高熵合金块体的sem图像，深灰色碳化物相和浅灰色高熵合金相形成了典型的双相伴生的共晶组织。
97.实施例3的xrd衍射图谱如图11所示，该高温共晶高熵合金由fcc碳化物和bcc高熵合金固溶体相两种相组成；图12为实施例3的sem图像，深灰色碳化物相和浅灰色高熵合金相形成了典型的双相伴生的共晶组织特征；图13为实施例3的室温压缩工程应力-应变图，压缩极限强度为2008mpa，室温最大变形量为4.7％。
98.综上所述，本发明制备的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金，由于大量c元素(＞10at.％)的添加，在熔炼时，c元素会与原料中的难熔金属元素(nb、mo、ta、w、re、ti)原位生成大量的碳化物增强相，碳化物相具有高熔点以及高的热稳定性，并与难熔金属固溶体相形成了共晶组织，合金结合了高温合金和共晶高熵合金的优势，由于大量原位生成的碳化物相和共晶组织的共同作用，合金在具有较高的高温力学性能的同时具有优异的铸造性能，能够满足先进高温结构材料的需要。
99.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金，其特征在于，合金组分为nb
a
mo
b
ta
c
w
d
m
e
c
f
，m为ti、re中的一种，a、b、c、d、e、f分别代表对应元素的原子百分比，其中17<a≤27，16<b≤26，17≤c≤35，15≤d≤35，0≤e≤25，10≤f≤20。2.根据权利要求1所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金，其特征在于，所述高温共晶高熵合金微观组织为伴生的共晶组织特征，由体心立方结构的高熵合金固溶体相与原位生成的具有密排六方结构或面心立方结构的碳化物相组成层片状共晶组织。3.根据权利要求1或2任一项所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、按照原子百分比称取原料nb、mo、ta、w、ti、re和tac，将配好的原料按熔点从低到高依次放入真空电弧熔炼炉的坩埚中；s2、将钛锭放入真空电弧熔炼炉的另一坩埚中，在氩气气氛保护下熔炼合金之前先熔化钛锭；s3、然后开始熔炼步骤s1的合金原料，并进行搅拌使熔炼更均匀，获得合金铸锭，经冷却后翻转铸锭；s4、按照步骤s3反复熔炼，冷却之后得到nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金。4.根据权利要求3所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤s1配料前对原料进行机械打磨，然后进行超声清洗，烘干，原料的纯度均≥99.9wt％。5.根据权利要求3所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤s1中原料nb、mo、ta、w、ti、re为各元素的单质颗粒，tac为粉末，纯度≥99.5wt.％。6.根据权利要求3所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中，钛锭放置后抽真空至5
×
10-3
pa，然后充入纯度为99.99％的氩气至0.05～0.06mpa。7.根据权利要求3所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中熔炼合金之前熔化钛锭的时间为3～5分钟。8.根据权利要求3所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中，熔炼电流为400～500a，每次熔炼合金熔化后，电弧保持4～5分钟。9.根据权利要求3所述的原位生成碳化物增强nb-mo-ta-w-m-c高温共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤s4中，熔炼次数≥5次。

技术总结
本发明涉及合金材料领域，具体涉及一种原位生成碳化物增强Nb-Mo-Ta-W-M-C高温共晶高熵合金及其制备方法，该高温共晶高熵合金的表达式为Nb


技术研发人员：陈长玖 张帆 印邦杰 杨若婷 陈正 张平 何业增 沈宝龙
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/10/19