本发明涉及高熵合金成分设计及复合材料制备,尤其涉及一种conicrw系高熵合金基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术:
1、随着航空航天技术的不断发展,由于面向更加严苛的工作环境,对构件综合性能要求显著提升,尤其是对材料的承温能力提出了越来越高的要求,例如航空发动机的燃烧室火焰筒扩压器组件、涡轮叶片耐磨层、承力机匣后支板,以及航天用喷油支板等高温部件。
2、目前普遍采用镍基高温合金进行制造高温部件。传统镍基高温合金(如gh3625、gh3536、gh3230等),长期工作温度一般局限在1173k~1253k,其高温使用性能面临明显不足,严重制约了现有部件的安全可靠性。研制具有更高承温能力的新一代超高温结构材料迫在眉睫,研制长期工作温度高于1273k以上的新型材料具有广阔的应用前景。钴基高温合金gh5188,是传统变形高温合金中耐热能力最高的合金,其长期服役温度可接近1273k。
3、但是,随着涡轮前温度和推重比的不断提高,对高温部件的承温能力要求更高,研制具有更高承温能力的新一代超高温结构材料迫在眉睫,研制长期工作温度高于1273k。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析,本发明旨在提供了一种conicrw系高熵合金基复合材料及其制备方法和应用,用以解决现有材料耐温性较差的问题。
2、一方面,本发明提供了一种conicrw系高熵合金基复合材料,制备原料包括conicrw系高熵合金粉末和碳化物陶瓷粉末;
3、其中conicrw系高熵合金的化学成分按照质量百分比计,包括c:0.07~0.13%;cr:20.5~23.5%;ni:19.5~23.0%;w:16.1~18.1%;mn:0.6~1.2%;la:0.04~0.10%;b:0.005~0.012%:si:0.2~0.5%;fe≤2.5%;p<0.002%;s<0.002%;ag<0.0005%;bi≤0.0001%;pb<0.0005%;cu<0.01%,co:余量。
4、进一步地,,所述conicrw系高熵合金的化学成分按照质量百分比计,包括c:0.09~0.11%;cr:21.5~22.5%;ni:20.5~22.0%;w:17.1~18.1%;mn:0.8~1.0%;la:0.06~0.08%;b:0.007~0.010%:si:0.3~0.4%;fe≤2.5%;p<0.002%;s<0.002%;ag<0.0005%;bi≤0.0001%;pb<0.0005%;cu<0.01%,co:余量。
5、进一步地,所述conicrw系高熵合金粉末的粒径为40~90微米。
6、进一步地,所述碳化物陶瓷粉末的粒径为40~80微米。
7、进一步地,所述碳化物陶瓷粉末为tic、hfc或nbc。
8、进一步地,所述复合材料中添加碳化物陶瓷粉末的体积含量范围为5vol.%~22vol.%。
9、进一步地,所述碳化物陶瓷粉末在复合材料内呈弥散分布。
10、另一方面,本发明提供了一种所述conicrw系高熵合金基复合材料的制备方法,先将碳化物陶瓷粉末与conicrw系高熵合金粉末混合,再通过增材制造工艺制备,制得conicrw系高熵合金基复合材料。
11、第三方面,本发明提供了一种所述conicrw系高熵合金基复合材料在高温部件中的应用,所述高温部件的耐温温度在1100℃以上。
12、进一步地,所述高温部件包括航空发动机的燃烧室火焰筒扩压器组件、涡轮叶片耐磨层、承力机匣后支板和航天用喷油支板。
13、与现有技术相比,本发明至少可实现如下有益效果之一:
14、1、本发明通过调整控制conicrw系高熵合金的成分配比,将其作为基体,然后再加入碳化物陶瓷作为增强相,在conicrw系高熵合金与碳化物陶瓷相互配合下,所得复合材料具有较高的耐温性,且具有较高的性能,能够满足较高温度环境下使用;所得复合材料具有较高的抗拉强度和韧性,经过性能检测,室温下硬度36.7hrc以上;在1273k下,抗拉强度在191mpa以上,在1373k下,抗拉强度在118mpa以上;
15、2、本发明通过增材制造conicrw系高熵合金粉末和碳化物陶瓷粉末熔化后,conicrw系高熵合金粉末中的w元素快速向碳化物陶瓷表面扩散,并形成一薄层界面层,能够保证conicrw系高熵合金基体与碳化物陶瓷相之间的界面结合力,从而提高了conicrw系高熵合金和碳化物陶瓷间的相容性,有效减少界面开裂风险,大大提高了复合材料和制件的内部冶金质量。
16、3、本发明中conicrw系高熵合金中w元素含量是16.1wt.%-18.1wt.%,一部分w与碳化物陶瓷反应,另一部分增材后保存在合金基材中从而保证合金基材的耐高温性能。
17、本发明中,上述各技术方案之间还可以相互组合,以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分优点可从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种conicrw系高熵合金基复合材料,其特征在于,制备原料包括conicrw系高熵合金粉末和碳化物陶瓷粉末;
2.根据权利要求1所述conicrw系高熵合金基复合材料,其特征在于,所述conicrw系高熵合金的化学成分按照质量百分比计,包括c:0.09~0.11%;cr:21.5~22.5%;ni:20.5~22.0%;w:17.1~18.1%;mn:0.8~1.0%;la:0.06~0.08%;b:0.007~0.010%:si:0.3~0.4%;fe≤2.5%;p<0.002%;s<0.002%;ag<0.0005%;bi≤0.0001%;pb<0.0005%;cu<0.01%,co:余量。
3.根据权利要求1或2所述conicrw系高熵合金基复合材料,其特征在于,所述conicrw系高熵合金粉末的粒径为40~90微米。
4.根据权利要求1所述conicrw系高熵合金基复合材料,其特征在于,所述碳化物陶瓷粉末的粒径为40~80微米。
5.根据权利要求1所述conicrw系高熵合金基复合材料,其特征在于,所述碳化物陶瓷粉末为tic、hfc或nbc。
6.根据权利要求1所述conicrw系高熵合金基复合材料,其特征在于,所述复合材料中添加碳化物陶瓷粉末的体积含量范围为5vol.%~22vol.%。
7.根据权利要求1所述conicrw系高熵合金基复合材料,其特征在于,所述碳化物陶瓷粉末在复合材料内呈弥散分布。
8.一种如根据权利要求1-7任一项所述conicrw系高熵合金基复合材料的制备方法,其特征在于,先将碳化物陶瓷粉末与conicrw系高熵合金粉末混合,再通过增材制造工艺制备,制得conicrw系高熵合金基复合材料。
9.一种如根据权利要求1-7任一项所述conicrw系高熵合金基复合材料在高温部件中的应用,其特征在于,所述高温部件的耐温温度在1100℃以上。
10.根据权利要求9所述conicrw系高熵合金基复合材料在高温部件中的应用,其特征在于,所述高温部件包括航空发动机的燃烧室火焰筒扩压器组件、涡轮叶片耐磨层、承力机匣后支板和航天用喷油支板。
