在超高温合金领域，中国矿业大学程延海团队携手东南大学沈宝龙团队、军事科学院梁秀兵团队实现了重大突破！他们成功研发出一种新型的 NbMoTaWHfN 难熔高熵合金。相关研究成果以“A Nitride-Reinforced NbMoTaWHfN Refractory High-Entropy Alloy with Potential Ultra-High-Temperature Engineering Applications”（一种具有超高温工程应用潜力的氮化物增强NbMoTaWHfN难熔高熵合金）为题发表于中国工程院院刊《Engineering》。

航空发动机、燃气轮机等高端装备的发展对材料耐高温性能提出了更高要求，传统高温合金在超高温环境下存在强度不足等问题，而难熔高熵合金因其独特性能成为研究热点。在此背景下，该团队开展了此项研究，旨在开发出具有更优异性能的耐高温合金。

科研团队采用电弧熔炼法制备了 NbMoTaW (HfN) x (x = 0、0.3、0.7、1.0) 难熔高熵合金，并运用多种先进技术手段对其微观结构和力学性能进行了全面表征与分析。研究发现，这些合金具有多相结构，包括体心立方（BCC）相、氮化铪（HfN）相或多组元氮化物（MN）相。随着 Hf 元素和 N 元素含量增加，合金晶粒尺寸变小，强度逐渐提高，塑性也得到改善。其中，NbMoTaWHfN 难熔高熵合金表现尤为突出，其在室温、1000℃、1400℃和 1800℃时的压缩屈服强度分别达到 1682MPa、1192MPa、792MPa 和 288MPa，在高温强度方面超越了大多数已知合金。

图1. (a)NbMoTaWHfN合金在1000 ℃､1400 ℃､1800 ℃的压缩工程应力应变曲线; (b)图(a)中1800 ℃曲线放大图; (c)NbMoTaWHfN合金和其他难熔金属在不同温度下的屈服强度对比图｡

该合金在高温下的强化机理主要为高软点、晶界强化和第二相强化的综合作用。高软点使其在高温下仍能保持较高强度；晶界强化得益于细化晶粒，阻止位错传播；第二相强化则源于均匀分布的氮化物与基体相互作用。HfN 相在超高温度环境中能提高合金组织稳定性，降低晶粒粗化速度，对合金高温强度提升效果显著。

图2. NbMoTaWHfN 难熔高熵合金的潜在工程应用。（a）航空发动机；（b）高超声速飞行器；（c）地面燃气轮机。

NbMoTaWHfN 难熔高熵合金优异的高温高强度性能，使其在航空发动机、高超声速飞行器和地面燃气轮机等超高温工程领域展现出广阔应用前景，有望推动相关领域关键材料技术的发展，对我国高端装备制造业发展具有重要意义。

文章信息：

Yixing Wan,Yanhai Cheng,Yongxiong Chen,Zhibin Zhang,Yanan Liu,Haijun Gong,Baolong Shen,Xiubing Liang. A Nitride-Reinforced NbMoTaWHfN Refractory High-Entropy Alloy with Potential Ultra-High-Temperature Engineering Applications. Engineering, 2023, 30(11): 110‒120 https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.008

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来源: Engineering前沿