[發明專利]一種高熵合金喂料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710372217.9
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107186208A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 侯春樹;周龍金;侯文潔
• 申請（專利權）人: 昆山卡德姆新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/115;C22C1/05
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明涉及金屬料體制備領域，具體涉及一種高熵合金喂料及其制備方法和應用。

背景技術

傳統理論認為當合金的主元越多，就越容易形成金屬間化合物，使合金的結構變得更加復雜，進而使得合金的的性能受到顯著影響。高熵合金的出現打破了這一傳統觀點。高熵合金具有顯微結構簡化、不傾向于出現金屬間化合物、具有納米析出物與非晶質結構等特征，進而獲得了高強度、高硬度、耐回火軟化、耐磨等優良性能，這使得高熵合金一經出現就獲得了廣泛的關注，其應用越來越廣泛。

傳統合金一般都含有一種原子百分比高于50％的主要元素，而高熵合金中所有主要元素的原子百分比含量基本相當，它們共同發揮作用。所以高熵合金，也稱多主元高熵合金，即該種合金是由多種主要元素組成，其元素種類一般在五種或五種以上，而每種主元素的原子百分比含量都應在5％-35％間，目前關于高熵合金主要有五主元素系統：Al-Co-Cr-Fe-Ni、Fe-Si-Al-Ni-Co、W-Nb-Ta-Mo-V；六主元素系統：V-Zr-Hf-Ti-Cr-Mn、Fe-Cr-Mo-Ti-Mn-Cu、W-Nb-Ta-Mo-V-Ti、Al-Co-Cr-Fe-Ni-Ti；七主元素系統：W-Nb-Cr-Ti-V-Co-Mn。

將合金以混合熵來區分，以0.693R和1.609R為界線(實際上這是大約的界線)，可分為低熵合金、中熵合金、高熵合金。一種元素為主的合金為低熵合金，2-4主元素的合金為中熵合金，5種主元素以上的合金為高熵合金。在熱力學上，混亂度或熵的增加，則會使系統的自由能降低及穩定。傳統合金的發展經驗認為，組成合金的元素種類較多時會產生多種金屬間化合物，不但難以分析且材料容易變脆，不具有應用性。而且經典的Gibbs相律認為，n種元素的合金系統所能產生的平衡相的數目p＝n+1，在非平衡凝固時形成的相p>n+l。而在高熵合金最引人矚目的現象中，這類由多元素組成的合金在凝固后并沒有出現傳統三元、四元合金中類似的多相、多金屬間化物或多種晶體結構，而是更傾向于形成簡單晶體結構，如簡單體心立方、簡單面心立方，甚至是非晶體結構，金屬間化物的數量也遠遠少于預期，這與經典的Gibbs相律描述的情況完全相悖。這些現象被歸結為高熵效應的作用，即：由于形成合金的元素較多使得形成高熵合金的混合熵要大于形成金屬間化物的熵，從而抑制了系統中金屬間化物的形成，促進元素間形成簡單晶體結構。這樣形成的單晶體結構的合金傾向于納米化，具有許多優良的特殊的性能。從熱力學分析，固態高熵合金不存在一個主要的基體元素，其相分離過程中的長程擴散是很緩慢的，而且合金中元素的轉換式擴散很困難，再加上分配時擴散粒子的相互作用，大大降低了晶體的形核率和生長速度，以至于合金的晶粒非常細小。

傳統經驗中不存在高熵效應的影響，在高熵合金中，當元素數目較多而導致合金系統的混合熵高于形成金屬間化合物的熵變時，高熵效應就會抑制金屬間化合物的出現，而促使元素間的混合，最終形成簡單的固溶體結構。目前研究顯示，在沒有主元素的情況下，各種元素會互相固溶成單一結構，不論是鑄態高熵合金還是噴鍍態的合金薄膜，都傾向于形成簡單的體心立方或面心立方結構的固溶體，或附帶非晶相或有序固溶體結構。高熵合金中由于高的混合熵導致低的自由度，因而易形成簡單結構的固溶體，具有簡單的微結構的固溶體合金其優越性是顯而易見的；而且從以往的研究中可知高熵合金中極少出現復雜相。

較其他合金而言，高熵合金具有結構和性能的優勢，因此有必要擴大其應用范圍。金屬注射成型工藝包括制備喂料、注射成型、脫脂、燒結等步驟，是一種高效制備金屬制品的工藝。然而現有技術中尚未有人將高熵合金引入到金屬注射成型工藝中。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種高熵合金喂料及其制備方法和應用，得到了一種具有高熵合金優異性能的喂料，進而將高熵合金引入金屬注射成型工藝，有利于生產結構復雜、性能優異、精度要求高的高熵合金零部件，增加了高熵合金的應用面。

為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種高熵合金喂料，所述高熵合金喂料按體積百分含量由以下組分組成：高熵合金粉末40-70％；高分子粘結劑30-60％。

本發明將高熵合金粉末與有機的高分子粘結劑混煉，得到了具有優異性能的高熵合金喂料，以此為介質將高熵合金作為原料引入了金屬注射成型工藝，結合原料的優異性能以及工藝的特點，可以得到性能優異的高熵合金產品。