难熔高熵合金NbMoTaWTi/Zr的高温氧化行为

王 鑫,万义兴,,张 平,单彩霞,谢莹莹,梁秀兵

(1 军事科学院 国防科技创新研究院，北京 100071；2 中国矿业大学 材料与物理学院，江苏 徐州 221116)

基于对高熵合金(high entropy alloys,HEAs)的研究基础，2010年，Senkov等[1-2]首先提出了难熔高熵合金(refractory high entropy alloys,RHEAs)的概念，并成功制备出了WNbMoTa和WNbMoTaV难熔高熵合金(单一BCC固溶体结构)。与普通高温合金相比，难熔高熵合金最大的性能优势在于其高熔点以及优异的高温力学性能，特别是在抗软化性能方面[3]。例如，WNbMoTa和WNbMoTaV合金在1600 ℃真空条件下的压缩屈服强度仍能达到405 MPa和477 MPa[2]。除了高熵合金的晶格畸变效应及BCC结构的高强度以外，难熔高熵合金中所含的难熔金属元素具有的低扩散速率和较高再结晶阻力也与其优异的高温力学性能有着紧密联系。

虽然难熔高熵合金在高温下具有优异的强度，但其室温延塑性差、密度高等问题限制了其作为高温结构材料的应用[4]。合金化法是解决上述问题切实有效的方法。有研究表明，添加第Ⅳ副族元素(Ti, Zr, Hf)可以提高难熔高熵合金的塑性[5]。Han等[6]的研究结果表明：添加Ti使得NbMoTaW高熵合金的压缩塑性应变由2.6%提高至14.1%，而室温屈服强度由1058 MPa增加到1343 MPa，且在1200 ℃下仍具有586 MPa的屈服强度。Tong等[7]的研究也指出NbMoTaWZr高熵合金中局部Zr—Zr键的存在使得其强度和塑性都得以改善。此外，低密度Ti(4.54 g/cm3)和Zr(6.49 g/cm3)的添加，也降低了合金密度，可满足高温结构材料对轻质高强的需求[8]。

考虑到难熔高熵合金潜在的服役环境，不仅要求合金具备优异的高温力学性能，同时也应兼顾良好的高温抗氧化性能。王康等……