[發明專利]一種VCrNbMoW難熔高熵合金材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811613687.0
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109628818A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 董應虎;鐘永錄;張瑞卿;方俊曉;孫文;陳慶軍;葉志國
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/04;B22F9/04;B22F3/105
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

本發明公開了一種VCrNbMoW難熔高熵合金材料的配方及其制備方法，其高熵合金的材料配方由V、Cr、Nb、Mo、W各單質粉末以近等摩爾比混合組成，制備方法為：按等摩爾比稱取純度不低于99.9％(wt)的V、Cr、Nb、Mo、W單質粉末并混合，將混合后的金屬粉末至于高速擺陣式球磨罐中經機械合金化，此時制得高熵合金粉末，將適量高熵合金粉末裝入石墨模具中并置于放電等離子燒結腔中抽真空，燒結溫度1200℃，燒結過程保持恒壓30MPa，燒結完畢后隨爐冷卻。本發明中配方的高熵合金具有單一體心立方結構，表現出高強度和高硬度，具有優異的室溫及高溫力學性能，制備過程無污染，低能耗，機械合金化后的高熵合金粉末可近凈成型應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及合金材料及其制備領域，具體為一種VCrNbMoW難熔高熵合金材料及其制備方法。

技術背景

當前，傳統合金體系的發展應用已幾近飽和，已傳統的合金設計理念很難再開發出新的材料體系。高熵合金在材料領域被認為是合金化理論的創新。高熵合金以其結構簡單，性能優越以及較大的應用潛力在材料工程方面備受人們關注。高熵合金指組元數不少于5種，各組元的含量為等摩爾比或近等摩爾比，且形成高熵固溶的一類合金。

高熵合金塊體材料的傳統制備方法為中高頻感應爐加熱和熔鑄法等，此類方法對組元具有選擇性，對于部分組元通過熔煉法難以或不能使合金元素形成合金化。

本發明采用了機械合金化和放電等離子燒結相結合。通過高能擺振式球磨罐對難熔金屬粉末的球磨，粉末顆粒發生極大的塑性變形，引起晶格強烈畸變，這種畸變將使難熔金屬粉末間的固溶度大幅度擴展，甚至合成亞穩態的過飽和固溶體。通過放電等離子燒結，將制備的高熵合金粉末快速燒結成型，從而形成高致密度的高熵合金材料。

發明內容

本發明的目的是開發一種兼具高熔點與優異力學性能的合金材料，此高熵合金結構為單一體心立方，熔點高，壓縮強度大，硬度高。

本發明的技術方案是：

一種VCrNbMoW難熔高熵合金材料，組元由純度均為99.9％以上的V、Cr、 Nb、Mo、W各單質粉末以等摩爾比或近等摩爾比混合組成。

所述的VCrNbMoW難熔高熵合金的制作方法包括以下步驟：

步驟一：將V、Cr、Nb、Mo、W各單質粉末以等摩爾比或近等摩爾比混合；

步驟二：采用高速擺振式球磨罐對混合后的原料進行高能球磨20小時；

步驟三：對已合金化的高熵合金粉末取適量于石墨模具中，然后置于放電等離子燒結腔中燒結得VCrNbMoW難熔高熵合金。

所述的VCrNbMoW難熔高熵合金，制備此合金時，機械合金化前應先將含稱取好的V、Cr、Nb、Mo、W單質粉末置于混粉機上充分混合以至均勻。

所述的VCrNbMoW難熔高熵合金的制備方法，為防止粉末之間、粉末與球磨罐之間發生冷焊，向球磨罐中加入工藝過程控制劑乙醇，且用量為粉末總量的 3％(wt)。

所述的VCrNbMoW難熔高熵合金的制備方法，為防止因高速球磨而使磨球附著在球磨罐上一起轉動降低球磨效果，從而采用擺振式球磨。

所述的VCrNbMoW難熔高熵合金的制備方法，為保證合金化，所述球磨罐轉速控制在1200r/min。

所述的VCrNbMoW難熔高熵合金的制備方法，燒結溫度1200℃，燒結腔抽真空，燒結過程保持恒壓30MPa。

本發明的優點及有益效果如下：

1、本發明中配方的VCrNbMoW高熵合金具有單一體心立方結構，表現出高強度和高硬度，具有優異的室溫及高溫力學性能。