[發(fā)明專利]一種難熔高熵合金粉末及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110904377B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉新利;段柏華;余營瑞;吳壯志;王德志
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;B22F1/00;B22F9/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹;魏娟

本發(fā)明公開了一種難熔高熵合金粉末及其制備方法，該難熔高熵合金粉末由W(鎢)、Ta(鉭)、Mo(鉬)、Nb(鈮)、V(釩)，等五種難熔金屬元素中的四種或五種，以及鎳(Ni)組成。按摩爾比，其中Ni占總的1～5％，剩下的難熔金屬占95％～100％。本發(fā)明采用高能球磨技術(shù)，通過在球磨過程中粉末間進行固相擴散反應(yīng)，實現(xiàn)難熔金屬之間的合金化過程，避免了將合金組元加熱熔化的工序，實現(xiàn)了較低溫度下難熔高熵合金粉末的制備；同時Ni的加入極大地縮短了機械合金化所需的時間、提高了制備效率、降低了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于難熔高熵合金粉末制備領(lǐng)域，具體涉及一種難熔高熵合金粉末及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及科技的進步，對耐高溫材料需求更加迫切。難熔高熵合金具有高溫抗氧化、耐磨、抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)異性能，在航空航天、核工業(yè)領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價值。高熵合金指由四種及四種以上的金屬元素按原子比在5％-35％組成，又稱多主元成分合金，由于高熵合金具有高熵效應(yīng)，在一定程度上抑制金屬間化合物的形成，形成簡單固溶體結(jié)構(gòu)。高熵合金概念的提出，為合金材料的設(shè)計提供了更大的創(chuàng)新空間。基于高熵合金優(yōu)異的性能，引起了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛研究。

由于難熔金屬熔點高，霧化困難，且成分難以均勻，目前主要采用機械合金化法制備，機械合金化是通過磨球與粉末之間的反復(fù)碰撞、斷裂、擠壓、冷焊最后合金化，而難熔金屬粉末由于硬度高、塑性差、擴散系數(shù)低的特點，需要獲得成分分布均勻的單相固溶體結(jié)構(gòu)合金粉體，需要長時間的球磨，而長時間的球磨一方面會增加合金粉末中的缺陷數(shù)量，另一方面會大幅減少難熔高熵合金的出粉率。尤其是要獲得高密度的難熔高熵合金粉末由于必須要配入更多高密度的難熔金屬元素，而這些高密度的難熔金屬元素通常熔點更高，塑性較差，硬度更高，以致于使機械合金化的難度更大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種高密度的難熔高熵合金粉末及其制備方法，通過在高熵合金粉末原料中配入一定量的Ni金屬，可大幅加速難熔金屬機械合金化制備出具有單相體心立方(BCC)固溶體結(jié)構(gòu)的難熔高熵合金粉末。

本發(fā)明一種難熔高熵合金粉末，所述難熔高熵合金粉末由難熔金屬元素以及Ni(鎳)元素組成，所述難熔高熵合金粉末為單相BCC固溶體結(jié)構(gòu)，所述Ni元素在難熔高熵合金粉末中的摩爾分數(shù)為1％～5％；所述難熔金屬元素選自W(鎢)、Ta(鉭)、Mo(鉬)、Nb(鈮)、V(釩)元素中的至少四種。

優(yōu)選的方案，所述難熔高熵合金粉末燒結(jié)完全致密化后坯體的密度≥14.0g/cm³。

優(yōu)選的方案，所述難熔高熵合金粉末由難熔金屬元素粉末以及Ni元素粉末通過機械合金化獲得。

本發(fā)明所提供的難熔高熵合金粉末中，含有1％～5％的鎳元素，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用機械合金化的方式制備難熔高熵合金粉末，加入1％～5％的鎳元素可以大幅加速機械合金化的進程，同時所得難熔高熵合金粉末的高溫性能(如相的穩(wěn)定性)可保持不變，另外亦可以保證所得難熔高熵合金粉末的高密度。不過，由于Ni是一種延塑性極好的金屬，鎳元素粉末的加入過量會影響到取粉率。

優(yōu)選的方案，所述難熔金屬元素按摩爾百分比計，其組成如下：W 25～35％；Ta 25～35％；Mo 10～20％；Nb 10～20％；V 10～20％。

優(yōu)選的方案，所述Ni元素在難熔高熵合金粉末中的摩爾分數(shù)為3％～5％。

本發(fā)明一種難熔高熵合金粉末的制備方法：包括如下步驟：按設(shè)計比例配取W粉、Ta粉、Mo粉、Nb粉V粉和Ni粉進行高能球磨，獲得單相BCC固溶體結(jié)構(gòu)的難熔高熵合金粉末；所述高能球磨的轉(zhuǎn)速為250～400rpm，球料比為8～15:1，時間為10h～20h。