本發(fā)明涉及抗燒蝕材料制備，尤其涉及一種抗高溫?zé)g喉襯用高熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著對速度和射程的要求不斷提高，固體火箭發(fā)動機喉襯面臨著更高溫度和更長時間的燒蝕，比如在3000k左右的溫度下，可以承受幾百秒的長時間燒蝕?，F(xiàn)有喉襯材料中c/c復(fù)合材料具有良好的高溫強度、高溫斷裂韌性、優(yōu)異的抗熱震以及可靠性，但其價格昂貴且高溫有氧環(huán)境下抗燒蝕性能差。鎢滲銅抗燒蝕性能優(yōu)異，但其比重大無法滿足輕量化要求。超高溫陶瓷塊體材料具有耐超高溫、高導(dǎo)熱率和高強度等有點，也被用來制作喉襯，但其存在著自身脆性大、抗損傷容限小、抗熱震性能差，制備過程中很難解決不均勻性問題，在燒蝕過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，可靠性低。石墨也被用來做噴管材料，但是其高溫抗氧化燒蝕性能差，抗離子侵蝕能力差，在高速高壓焰流的沖刷下噴管尺寸變化較大，對火箭發(fā)動機的性能影響較大，同時其脆性較大，容易發(fā)生災(zāi)難性脆斷，可靠性較差。其他耐熱合金在更高溫度下燒蝕嚴重，已經(jīng)無法滿足性能要求，亟需新型抗高溫?zé)g材料及其制備技術(shù)。

2、為此，本發(fā)明提供一種抗高溫?zé)g喉襯用高熵合金及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述問題，本發(fā)明提出一種抗高溫?zé)g喉襯用高熵合金及其制備方法，所述喉襯用高熵合金材料的表達式為：wamobtacxd，15％≤a≤50％，15％≤b≤50％，15％≤c≤50％，0％＜d≤50％，且a+b+c+d＝100％。其中w、mo、ta和x元素氧化物的熔點比較高，因此其氧化物的揮發(fā)焓也比較高，在燒蝕過程中，其氧化物的揮發(fā)會帶走大量的熱，降低了喉襯用高熵合金表面的駐點溫度，提高了抗燒蝕性能，抵抗了高溫下焰流的沖刷作用。所述喉襯用高熵合金具有優(yōu)異的高溫強度和穩(wěn)定性，高溫長時燒蝕后線燒蝕率極小，接近于零燒蝕，有利于提升火箭發(fā)動機的控制精準(zhǔn)度和效率。

2、具體來說，本發(fā)明的目的在于提供以下方面：

3、第一方面，提供一種喉襯用高熵合金，所述喉襯用高熵合金化學(xué)組成表示為：wamobtacxd，其中，15％≤a≤50％，15％≤b≤50％，15％≤c≤50％，0％＜d≤50％，且a+b+c+d＝100％。

4、其中，x為nb、ti、v、zr、hf中的任意一種或幾種。

5、其中，所述喉襯用高熵合金的密度為10～16g/cm3，致密度為85％～95％，所述喉襯用高熵合金在1600℃下的抗壓強度為405～510mpa。

6、其中，所述喉襯用高熵合金在4mw/m2熱流密度的氧乙炔火焰燒蝕240s，平均線燒蝕率為-0.5～5μm/s。

7、第二方面，提供一種制備第一方面所述喉襯用高熵合金的方法，所述方法包括：

8、步驟1，將w金屬、mo金屬、ta金屬和x金屬混合球磨，獲得混粉；

9、步驟2，將所述混粉燒結(jié)，得到高熵合金塊體；

10、步驟3，將所述高熵合金塊體機加工成喉襯用高熵合金。

11、第三方面，提供一種火箭發(fā)動機，所述火箭發(fā)動機包括第一方面所述的喉襯用高熵合金。

12、本發(fā)明所具有的有益效果包括：

13、(1)本發(fā)明提供的喉襯用高熵合金具有高的致密度、優(yōu)異的強度、抗燒蝕和抗熱震性能，可以抵抗3000k高溫焰流的長時間燒蝕，同時密度大幅低于鎢滲銅。

14、(2)本發(fā)明提供的喉襯用高熵合金所選難熔金屬元素其氧化物的熔點比較高，因此其氧化物的揮發(fā)焓也比較高，在燒蝕過程中，其氧化物的揮發(fā)會帶走大量的熱，降低了喉襯用高熵合金表面的駐點溫度，提高了抗燒蝕性能，抵抗了高溫下焰流的沖刷作用。

15、(3)本發(fā)明提供的喉襯用高熵合金具有優(yōu)異的高溫強度和穩(wěn)定性，高溫長時燒蝕后線燒蝕率極小，接近于零燒蝕，有利于提升火箭發(fā)動機的控制精準(zhǔn)度和效率。

16、(4)本發(fā)明提供的喉襯用高熵合金的制備方法簡單可控、成本低。

技術(shù)特征：

1.一種喉襯用高熵合金，其特征在于，所述喉襯用高熵合金材料的表達式為：wamobtacxd，其中，15％≤a≤50％，15％≤b≤50％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喉襯用高熵合金，其特征在于，優(yōu)選的，15％≤c≤50。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喉襯用高熵合金，其特征在于，0％<d≤50％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喉襯用高熵合金，其特征在于，a+b+c+d＝100％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喉襯用高熵合金，其特征在于，x為nb、ti、v、zr、hf中的任意一種或幾種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喉襯用高熵合金，其特征在于，所述喉襯用高熵合金的密度為10～16g/cm3，致密度為85％～95％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喉襯用高熵合金，其特征在于，所述喉襯用高熵合金在1600℃下的抗壓強度為405～510mpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喉襯用高熵合金，其特征在于，所述喉襯用高熵合金在4mw/m2熱流密度的氧乙炔火焰燒蝕240s，平均線燒蝕率為-0.5～5μm/s。

9.一種制備權(quán)利要求1所述喉襯用高熵合金的方法，其特征在于，所述方法包括：

10.一種火箭發(fā)動機，其特征在于，所述火箭發(fā)動機包括權(quán)利要求1至8所述的喉襯用高熵合金。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種抗高溫?zé)g喉襯用高熵合金及其制備方法，所述喉襯用高熵合金材料的表達式為：W<subgt;a</subgt;Mo<subgt;b</subgt;Ta<subgt;c</subgt;X<subgt;d</subgt;，15％≤a≤50％，15％≤b≤50％，15％≤c≤50％，0％＜d≤50％，且a+b+c+d＝100％。其中W、Mo、Ta和X元素氧化物的熔點比較高，因此其氧化物的揮發(fā)焓也比較高，在燒蝕過程中，其氧化物的揮發(fā)會帶走大量的熱，降低了喉襯用高熵合金表面的駐點溫度，提高了抗燒蝕性能，抵抗了高溫下焰流的沖刷作用。所述喉襯用高熵合金具有優(yōu)異的高溫強度和穩(wěn)定性，高溫長時燒蝕后的線燒蝕率極小，接近于零燒蝕，有利于提升火箭發(fā)動機的控制精準(zhǔn)度和效率。

技術(shù)研發(fā)人員：盧帥丹,陳建,劉赟姿,周佳亮,邵文婷,何佳華
受保護的技術(shù)使用者：西安工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21