[發(fā)明專利]一種多孔高熵合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610088222.2
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105624455B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉雄軍;呂宗陽;王輝;賈蓓;吳淵;呂昭平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C1/05;C22C30/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種多孔高熵合金及其制備方法，該方法能夠制備孔隙率及孔徑大小可控，孔徑分布均勻的開孔結(jié)構(gòu)多孔高熵合金材料。

背景技術(shù)

高熵合金（High Entropy Alloys, HEAs）是一種至少包含五種組元（也有定義說是四種組元）、組元之間為等原子比或者近似等原子比且每種組元含量在5%~35%之間的合金體系。因此沒有一種元素能占有50%以上，這是一種由多種元素共同作用的合金體系。雖然組元較多，但是得到的高熵合金的結(jié)構(gòu)卻十分簡單，一般為簡單的面心立方（FCC）或者體心立方（BCC）的固溶體，同時具備了許多優(yōu)良的性能如力學性能、耐腐蝕性能、耐磨性能及良好的熱穩(wěn)定性等性能。

高熵合金的發(fā)現(xiàn)源于對大塊非晶合金的研究，非晶合金因其優(yōu)異的物理、化學和力學性能而受到了廣泛的關(guān)注，多孔非晶合金作為一種新型的多孔材料，具有優(yōu)異的力學性能、耐腐蝕性能和能量吸收性能，是很好的過濾、分離和催化材料，在航空航天、原子能、石油化工、醫(yī)藥及環(huán)境保護方面具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，多孔非晶合金的使用溫度受其晶化溫度的限制，非晶合金的進化溫度T_g一般都在200~300℃（有些成分的T_g可以達到400℃左右），所以多孔非晶合金難以在中高溫條件下應(yīng)用。而高熵合金的熱穩(wěn)定性高，比如常見的FeCoNiCrMn高熵合金在850℃退火后仍保持其FCC固溶體結(jié)構(gòu)。所以，多孔高熵合金在中高溫服役環(huán)境，甚至是超高溫服役環(huán)境，有著巨大的應(yīng)用潛力。

目前，已知的多孔金屬材料的制備方法有很多，有粉末冶金法、熔體發(fā)泡法、滲流鑄造法、中空球燒結(jié)法、脫合金化法等。粉末冶金法是用金屬粉末（可添加造孔劑）作為原料，經(jīng)混合、成型和燒結(jié)制備多孔金屬材料的工藝過程，金屬粉末在制備過程中總保持固體狀態(tài)。粉末冶金法也是最常用的多孔金屬材料制備方法。熔體發(fā)泡法通過在熔融金屬中摻入發(fā)泡劑，發(fā)泡劑受熱分解，原位釋放氣體，氣體受熱膨脹推動氣泡過程，冷卻后得到多孔金屬材料。但是需要找到合適的發(fā)泡劑，使其分解溫度在金屬熔點附近，這對于高熔點的金屬十分困難，而且難于控制氣泡大小。滲流鑄造法是先將前驅(qū)體直接堆積于鑄模內(nèi)或者制成多孔預制塊后再放入鑄模中，然后在這些堆積體或預制體的空隙中滲入金屬熔體進行鑄造，除去前驅(qū)體或預制型后得到多孔金屬材料。但是，對于熔點高、熔體流動性差的金屬，不僅鑄造困難，而且難以找到合適的前驅(qū)體，對于制備的設(shè)備也有耐高溫的要求。中空球燒結(jié)法是將特殊工藝（漿料法或霧化法）制備出的金屬中空球進行燒結(jié)從而制備多孔金屬材料的方法，得到的是開孔和閉孔的混合體，可以達到極高的孔隙率。但是，金屬中空球的制備困難，尤其是對于高熔點的金屬，生產(chǎn)效率低。脫合金化法是通過對固溶體合金進行適當?shù)倪x擇性腐蝕，溶解其中較活潑的金屬成分，可以制備納米尺寸的多孔金屬材料。但是，脫合金化法制備時間長，而且難以制備出大尺寸的多孔金屬材料。

然而，多孔高熵合金的制備仍是一大難點，目前有關(guān)多孔高熵合金的制備方法鮮有報道。由于高熵合金的熔點一般都很高，通過之前的論述，熔體發(fā)泡法、滲流鑄造法及中空球燒結(jié)法都難以應(yīng)用，脫合金化法不能制備大尺寸的多孔高熵合金。所以，需要采用粉末冶金固相燒結(jié)，而高熵合金還有擴散慢的特點，一般的粉末冶金燒結(jié)法很難使高熵合金粉末顆粒之間結(jié)合緊密，難以得到良好的燒結(jié)強度，而且難以找到。SPS（Spark Plasma Sintering，放電等離子燒結(jié)）可以在粉末顆粒之間產(chǎn)生等離子體，可以清除粉末表面的氧化物和殘留氣體，能快速實現(xiàn)致密化，特別適合制備難以燒結(jié)的材料。因此，擬采用SPS的方法，并且選用經(jīng)球磨處理過的霧化高熵合金粉末（或直接選用機械合金化制備的高熵合金粉末）使粉末顆粒表面粗糙，增加顆粒間的接觸面積，以提高燒結(jié)強度，另外，由于SPS燒結(jié)的等離子活化效應(yīng)可以降低燒結(jié)溫度，同時選用高熔點造孔劑，因此能夠確保燒結(jié)過程中造孔劑不會發(fā)生熔化。期望以此制備出不同孔隙率且孔徑大小可控的多孔高熵合金。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多孔高熵合金的制備方法，在燒結(jié)過程采用SPS的方法，并且選用經(jīng)球磨處理過的霧化高熵合金粉末（或直接選用機械合金化制備的高熵合金粉末）使粉末顆粒表面粗糙，增加顆粒間的接觸面積，以提高燒結(jié)強度，另外，由于SPS燒結(jié)的等離子活化效應(yīng)可以降低燒結(jié)溫度，同時選用高熔點造孔劑，因此能夠確保燒結(jié)過程中造孔劑不會發(fā)生熔化。期望以此制備出具有不同孔隙率且孔徑大小可控的多孔高熵合金。該制備方法具有工藝簡單、燒結(jié)時間短、能耗低，具有孔隙率高、孔徑分布均勻、孔隙率及孔徑大小可控等特點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：