NbVMoTa难熔高熵合金的原位合成及性能研究

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随着航空航天、核反应堆、发电等领域的发展,对所需高温材料的性能提出了更高的要求,传统镍基高温合金已经无法满足需求,需要寻找新型的高温结构材料。基于体心立方结构的难熔高熵合金,以IVB、VB和VⅡB族元素为主要元素,因具有高的高温强度、稳定的热力学性能和优异的耐腐蚀性,成为新型高温结构材料的候选材料之一。本文采用机械合金化+热压烧结制备等摩尔比的NbVMoTa难熔高熵合金,研究了制备工艺参数及轻质元素Al的添加对合金室温组织及性能的影响;在此基础上探讨了(NbVMoTa)88Al12难熔高熵合金的高温力学行为。研究发现,越提高球磨转速或延长球磨时间,NbVMoTa难熔高熵合金粉体中不同元素间的互溶现象越明显,在此过程中,熔点最低的V元素最先溶解,Mo、Nb、Ta随后溶解,400 r/min下球磨100 h后,形成单一BCC结构的固溶体,且各元素分布均匀。热压过程中,烧结温度或压制压力的改变对NbVMoTa难熔高熵合金的物相没有明显影响,合金由BCC相和少量的碳化物相组成;合金的硬度、断裂韧性和压缩强度随烧结温度的升高先提高后下降、随烧结压力的升高而提高,1375℃×75 MPa×30 min条件下热压制备的NbVMoTa难熔高熵合金的显微硬度、断裂韧性和压缩强度分别为1162 HV、1.22 MPa·m1/2和3466 MPa。轻质元素Al的添加促进了NbVMoTa难熔高熵合金粉体的机械合金化进程,这与Al元素低的价电子浓度、高的电子密度和费米能级有关。Al含量的高低对合金的物相影响不大,(NbVMoTa)100-xAlx(x=6,8,10,12,14)合金仍为单一BCC相。随着Al含量的增加,(NbVMoTa)100-xAlx合金的压缩强度和室温塑性出现先提高后下降的变化趋势,(NbVMoTa)88Al12合金的压缩强度和塑性应变最高,分别为3191 MPa和12.4%,其屈服强度为2367 MPa。(NbVMoTa)88Al12难熔高熵合金的高温强度随着变形温度的升高或应变速率的降低而减小。变形温度1150℃,应变速率0.1 s-1时,合金的峰值应力为936.7MPa,当应变速率降为0.001 s-1时,合金的峰值应力为671.4 MPa,此时,合金以不连续动态再结晶机制为主要变形机制;变形温度升高到1300℃,应变速率0.001 s-1时,合金的峰值应力为122.9 MPa,此时,连续动态再结晶和不连续动态再结晶机制同时存在。
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