A Nitride-Reinforced NbMoTaWHfN Refractory High-Entropy Alloy with Potential Ultra-High-Temperature Engineering Applications

材料科学 高温合金 合金 高熵合金 耐火材料(行星科学) 难熔金属 微观结构 氮化物 大气温度范围 结构材料 粒度 冶金 复合材料 热力学 图层(电子) 物理
作者
Yixing Wan,Yanhai Cheng,Yongxiong Chen,Zhibin Zhang,Yanan Liu,Haijun Gong,Baolong Shen,Xiubing Liang
出处
期刊:Engineering [Elsevier BV]
卷期号:30: 110-120 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.eng.2023.06.008
摘要

Refractory high-entropy alloys (RHEAs) have promising applications as the new generation of high-temperature alloys in hypersonic vehicles, aero-engines, gas turbines, and nuclear power plants. This study focuses on the microstructures and mechanical properties of the NbMoTaW(HfN)x (x = 0, 0.3, 0.7, and 1.0) RHEAs. The alloys consist of multiple phases of body-centered cubic (BCC), hafnium nitride (HfN), or multicomponent nitride (MN) phases. As the x contents increase, the grain size becomes smaller, and the strength gradually increases. The compressive yield strengths of the NbMoTaWHfN RHEA at ambient temperature, 1000, 1400, and 1800 °C were found to be 1682, 1192, 792, and 288 MPa, respectively. The high-temperature strength of this alloy is an inspiring result that exceeds the high temperature and strength of most known alloys, including high-entropy alloys, refractory metals, and superalloys. The HfN phase has a significant effect on strengthening due to its high structural stability and sluggish grain coarsening, even at ultra-high temperatures. Its superior properties endow the NbMoTaWHfN RHEA with potential for a wide range of engineering applications at ultra-high temperatures. This work offers a strategy for the design of high-temperature alloys and proposes an ultra-high-temperature alloy with potential for future engineering applications.
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