[發明專利]一種氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010547776.0
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111647788A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 李延超;梁靜;李來平;林小輝;高選喬;張新
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/04
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金的制備方法，該氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金的化學式為TiZrNbMoRe_X，其中，X為0.1、0.2、0.3或0.4，該方法包括以下步驟：一、稱取原料粉末在無惰性氣體保護下高能球磨得到高熵合金粉末；二、將高熵合金粉末進行放電等離子燒結，隨爐冷卻后得到氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金；本發明還公開了上述方法制備的氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金。本發明通過無惰性氣體保護下高能球磨并控制高能球磨工藝參數，得到納米尺寸的高熵合金粉末并引入氧，從而經燒結后得到的氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金晶粒尺寸小，成分均勻，致密性良好，強度高，塑性好。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，具體涉及一種氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金(HEAs)是一種新型的多組分合金，由5種或5種以上的等原子或近等原子比的金屬元素組成，且各金屬元素的摩爾比為5％～35％。盡管合金元素數量較多，但可以表現出簡單的固溶相，如面心立方相(FCC)、體心立方相(BCC)，甚至六邊形密堆積相(HCP)，這是由于它們的高構型熵造成的。自從Yeh等人首次定義HEAs以來，高熵合金以其獨特的組成、微觀結構和優異的性能，如高強度、中等延性、熱穩定性、耐腐蝕性和耐磨性等，引起了人們極大的興趣。特別是難熔金屬高熵合金，主要是以BCC相為主的包括難熔金屬元素鎢(W)、鉬(Mo),鉭(Ta)、釩(V)、鈮(Nb)等。Senkov在2010首次提出難熔金屬高熵合金在高溫階段(1200℃～1600℃)具有比鎳基合金更好的強度和硬度。作為未來高溫應用的有前途的材料，高熵合金正受到人們的關注。

目前，難熔金屬主要采用電弧熔煉法制備，但熔煉過程復雜，熔煉前需要達到各元素的熔點，溫度要求更高，導致晶粒尺寸較大，組織性能下降等結構缺陷；此外，在熔煉過程中會產生內應力，導致成分偏析、縮孔等結構缺陷，不利于提高高熵合金的性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金的制備方法。該方法通過高能球磨引入空氣在高熵合金粉末中生成少量氧化物，有利于高熵合金強度的提升，同時控制高能球磨工藝參數以得到納米尺寸的高熵合金粉末，有助于經燒結得到納米晶，從而制備得到的氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金的晶粒尺寸小，成分均勻，致密性良好，強度高，塑性好。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金的制備方法，其特征在于，該氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金的化學式為TiZrNbMoRe_X，其中，X為0.1、0.2、0.3或0.4，該方法包括以下步驟：

步驟一、根據TiZrNbMoRe_X中各元素的摩爾比，分別稱取Ti粉、Zr粉、Nb粉、Mo粉和Re粉，在無惰性氣體保護下高能球磨進行機械合金化處理，得到高熵合金粉末；所述高能球磨采用行星高能球磨機進行，高能球磨的轉速為300rpm～350rpm，球磨時間為30h～40h，球料比為(10～15)：1；

步驟二、將步驟一中得到的高熵合金粉末裝入石墨模具中進行放電等離子燒結，隨爐冷卻后得到氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金；所述放電等離子燒結的過程為：在30MPa～60MPa的壓力條件下，先以20℃/min的速率升溫至1200℃，然后以5℃/min的速率升溫至1400℃～1700℃并保溫10min～20min。

本發明選用高熔點金屬元素Ti、Zr、Nb、Mo、Re對應粉末為原料，先在無惰性氣體保護下高能球磨進行機械合金化制備高熵合金粉末，再進行放電等離子燒結。本發明首先通過高能球磨引入空氣在高熵合金粉末中生成少量氧化物ZrO₂第二相顆粒，有利于高熵合金強度的提升，同時控制高能球磨工藝參數以得到納米尺寸的高熵合金粉末，有助于經燒結得到納米晶，從而本發明的氧摻雜納米晶難熔金屬高熵合金的晶粒尺寸小，成分均勻，致密性良好，強度高，塑性好。