新型难熔高熵合金既耐高温又具强度
如何让超高温合金既可耐高温又有高强度？近日，中国矿业大学在超高温金属结构材料领域取得新进展。该校机电工程学院博士后万义兴与教授程延海研发出一种具有超高温工程应用潜力的氮化物增强铌钼钽钨铪氮难熔高熵合金。相关成果日前发表在中国工程院院刊《工程（英文）》上。
地面重型燃气轮机、舰载燃气轮机以及航空发动机等的制造迫切需要自主可控、高温强度优异的合金材料。随着这些设备热端部件的服役温度逐步提升，传统的耐高温合金难以适应如此高的服役温度，面向超高温服役环境的金属结构材料亟待开发。
万义兴介绍，超高温金属结构材料是指在1650℃以上温度环境下，具有高于150兆帕强度的金属材料，需要同时满足温度与强度的Bi重指标。难熔高熵合金具有高熔点、耐高温、高强度等优势，主要由铌、钼、钽、钨、铪、铼、钒、锆、钛等高熔点金属元素，以及氮、碳、硅等非金属元素组成，极具超高温应用潜力，近年来受到科学界的广泛关注。
程延海团队与国内相关单位合作，通过调控原位生成多组元氮化物，并将生成的多组元氮化物作为强化相，引入铌钼钽钨铪难熔高熵合金基体中，设计了一种具有潜在超高温工程应用前景的铌钼钽钨铪氮难熔高熵合金。这种合金在1000℃至1800℃范围内具有极高的强度，在1800℃下强度可达到288兆帕，实现了耐高温与高强度兼得。
研究团队发现，铌钼钽钨铪氮难熔高熵合金无论是在测试温度还是在高温强度方面均远超大多数合金。这种优异的性能使其在超高温下具有广泛的工程应用潜力，可用于航空发动机工程和地面燃气轮机工程等。
万义兴告诉记者，他们研究设计的这种难熔高熵合金，每种元素的含量大体相当，是具有简单晶体结构的金属材料。目前，团队不仅制备了10公斤级铌钼钽钨铪氮难熔高熵合金铸锭，还得到大批量合金粉体，通过激光增材制造技术，可以直接打印大尺寸铌钼钽钨铪氮难熔高熵合金结构件。
程延海说，当前航空发动机、地面重型燃气轮机大多使用了铸造高温合金叶片，都是通过TBC热障涂层和气膜孔配合来实现涡轮叶片的隔热和空气冷却。他们研发的合金材料适用于超过1650℃的高温环境，或将有助于航空发动机或重型燃气轮机涡轮叶片的制造。
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(责编：邢郑、吴昊)
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耐高温钢的天花板 GH5188钴基合金介绍
一、概述
GH5188钴基合金是一种具有优异高温性能的高钴合金，它在高温下具有良好的强度和抗蠕变性，以及优良的抗氧化性和耐腐蚀性。这种合金被广泛应用于航空航天、能源、化工新能源汽车等领域的高温环境。
二、成分与组织
GH5188钴基变形高温合金
材料牌号：GH5188/GH188、GH188 (GH5188)
相近牌号：Haynes Alloy No.188/HA188
美国牌号：UNSR30188
法国牌号：KCN22W
化学成分：碳0.05/0.15% 铬20.0/24.0% 镍20.0/24.0% 钨13.0/16.0% 铁3.0% 硅0.20/0.50% 硫0.015 铝0.0010% 余量{钴}
GH5188钴基合金的主要成分包括钴、铬、钨、铁等元素，其中钴含量较高，一般在30%以上。合金的显微组织由γ相和γ'相组成，其中γ'相是一种富铬的硬质相，具有良好的高温强度和稳定性。此外，合金中还含有一定量的碳化物，这些碳化物在合金中起到强化作用。
三、GH5188钴基变形高温合金性能
1.高温性能：GH5188/GH188钴基高温合金具有出色的高温稳定性和高温强度，能够在高温环境下长时间使用，最高使用温度可达到1100℃。
2.耐腐蚀性能：GH5188/GH188钴基高温合金具有出色的耐腐蚀性能，在酸性、碱性和氧化介质中均能表现出良好的耐腐蚀性能，因此广泛应用于化工、石化、航空等领域。
3.机械性能：GH5188/GH188钴基高温合金具有良好的机械性能，包括高强度、高韧性和高硬度等，可以用于制造高强度的机械零件和工具。
4.焊接性能：GH5188/GH188钴基高温合金具有良好的焊接性能，能够通过各种焊接方法进行连接，包括手工电弧焊、气体保护焊、等离子弧焊等。
四、GH5188钴基变形高温应用
1.在航空领域，GH5188钴基高温合金被广泛应用于制造飞机发动机和燃气轮机的关键部件，如燃烧室、涡轮盘等。由于其出色的高温性能和耐腐蚀性，能够保证发动机在极端环境下稳定运行，提高飞机的安全性和可靠性。
2.在能源领域，GH5188钴基高温合金被应用于制造高效能热交换器、燃烧室、炉管等设备。在石油化工、核能等领域，GH5188合金的高温强度和耐腐蚀性能使其成为关键设备的理想材料。
五、gh5188钴基高温合金生产工艺
gh5188钴基高温合金的制备过程一般包括熔炼、变形和热处理等步骤。首先，将钴和相应的合金元素按一定比例加入熔炉中，并在高温下熔化混合均匀。然后将熔化合金浇注成坯料或通过连续铸造得到连续铸造坯。接下来，通过热变形工艺（如热挤压、热轧等）对连续铸造坯进行加工，使其获得所需的形状和尺寸。最后，通过热处理（如固溶、时效等）来调整钴基高温合金的组织和性能。
六、发展前景
随着航空航天、能源、化工等领域技术的不断发展，对高温材料的需求越来越大。GH5188钴基合金作为一种优异的高温材料，其应用前景十分广阔。未来，随着对该合金成分、组织、性能等方面的深入研究，有望进一步提高其高温性能和可靠性，以满足更加苛刻的高温环境使用要求。同时，随着环保意识的不断提高，对材料的环境友好性也提出了更高的要求。因此，开发具有环保性能的GH5188钴基合金也将成为未来的一个重要研究方向。
近日，鞍钢集团成功攻克钴基高温合金薄板坯工业生产系列技术瓶颈，在国内率先开发出厚度为0.5mm、宽度为700-1200mm的GH5188钴基高温合金薄板，并实现批量稳定生产，可替代进口
新型难熔高熵合金既耐高温又具强度
【新型难熔高熵合金既耐高温又具强度】财联社12月26日电，近日，中国矿业大学在超高温金属结构材料领域取得新进展。该校机电工程学院博士后万义兴与教授程延海研发出一种具有超高温工程应用潜力的氮化物增强铌钼钽钨铪氮难熔高熵合金。相关成果日前发表在中国工程院院刊《工程（英文）》上。地面重型燃气轮机、舰载燃气轮机以及航空发动机等的制造迫切需要自主可控、高温强度优异的合金材料。随着这些设备热端部件的服役温度逐步提升，传统的耐高温合金难以适应如此高的服役温度，面向超高温服役环境的金属结构材料亟待开发。