[發(fā)明專利]一種低密度且高硬度的高熵合金材料及其制備方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202011278687.7 | 申請(qǐng)日： | 2020-11-16 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN114507801B | 公開（公告）日： | 2022-11-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 黃政仁;段航;劉巖;張輝;劉雷敏;黃健;劉學(xué)建 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所 |
| 主分類號(hào)： | C22C30/00 | 分類號(hào)： | C22C30/00;C22C1/04;B22F3/105 |
| 代理公司： | 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261 | 代理人： | 曹芳玲;鄭優(yōu)麗 |
| 地址： | 200050 *** | 國(guó)省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 密度 硬度 合金材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種低密度且高硬度的高熵合金材料及其制備方法，所述高熵合金材料的化學(xué)組成為NiCrCoTixMny，其中x=0.25～0.75，y=0.25～0.75，0.5≤x+y≤1。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種低密度且高硬度的高熵合金材料及其制備方法，屬于高熵合金材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)
高熵合金從合金體系的構(gòu)型熵原理出發(fā)，相較于傳統(tǒng)的合金體系，高熵合金的熵值明顯高于傳統(tǒng)合金體系，熵值一般大于1.61R，由五種或者五種以上的等摩爾比金屬元素組成。合金主元增多產(chǎn)生的高熵效應(yīng)，使晶體易于形成簡(jiǎn)單體心或簡(jiǎn)單面心結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化效果，使其具有一系列不同于傳統(tǒng)合金的優(yōu)異性能，例如具有較高的硬度、耐高溫強(qiáng)度、耐腐蝕以及耐磨損等，使其具有非常重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。基于這些應(yīng)用，低密度且高硬度的高熵合金材料應(yīng)用于工程高強(qiáng)度器件以及有輕量化的工程環(huán)境中具有非常好的應(yīng)用潛力。
高熵合金基于上述諸多優(yōu)點(diǎn)也逐步成為目前新型金屬材料研究的熱點(diǎn)之一。而目前關(guān)于低密度且高硬度的高熵合金體系研究很少。目前高熵合金材料的制備工藝主要為熔鑄工藝和機(jī)械合金化工藝，研究表明，采用熔鑄工藝會(huì)出現(xiàn)明顯的鑄造缺陷，如成分偏析、組織不均勻等問(wèn)題導(dǎo)致高熵合金性能下降，并且所制得的試樣尺寸非常小，不利于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。相比較而言，機(jī)械合金化工藝更適合于制備各種配比和結(jié)構(gòu)特性的高熵合金材料，該工藝不受元素固溶度的影響。雖然機(jī)械合金化獲得的高熵合金粉體配合放電等離子體燒結(jié)工藝可以獲得完全致密的高熵合金材料，但在機(jī)械合金化以及放電等離子燒結(jié)過(guò)程中，仍然存在粉體制備元素分布不均勻、工藝參數(shù)影響晶粒形核、以及所獲得的材料體系強(qiáng)度不高、熱膨脹系數(shù)不具有線性特征等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明提供了一種低密度且高硬度的高熵合金材料的制備方法。
一方面，本發(fā)明提供了一種高熵合金材料，所述高熵合金材料的化學(xué)組成為NiCrCoTixMny，其中x＝0.25～0.75(優(yōu)選0.4～0.6)，y＝0.25～0.75(優(yōu)選0.6～0.4)，0.5≤x+y≤1。本發(fā)明中，所述高熵合金粉體元素分布均勻，固溶程度非常高，粒徑分布均勻，無(wú)異常的團(tuán)聚；所燒結(jié)的高熵合金材料致密化程度高、力學(xué)性能較高以及具有良好的熱力學(xué)性能。
較佳的，所述高熵合金材料具有線性的熱膨脹系數(shù)，在20～1000℃溫度內(nèi)平均熱膨脹系數(shù)CTE在(10.5～13.4)×10-6/K范圍內(nèi)可控；優(yōu)選地，當(dāng)x+y＝1時(shí)，所述高熵合金材料具有線性的熱膨脹系數(shù)，在20～1000℃溫度內(nèi)平均熱膨脹系數(shù)CTE在(10.5～12.3)×10-6/K范圍內(nèi)可控。
較佳的，所述高熵合金材料的密度為5.8～7.4g/cm3，硬度HV2為6.23～8.92GPa，抗彎強(qiáng)度為920～1320MPa，致密度為94.1～99.8％；優(yōu)選地，當(dāng)x+y＝1時(shí)，所述高熵合金材料的密度為5.8～7.4g/cm3，硬度HV2為7.25～8.92GPa，抗彎強(qiáng)度為1080～1320MPa，致密度為97～99.8％。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種上述的高熵合金材料的制備方法，包括：
(1)按照高熵合金材料的組成稱取Ni粉、Cr粉、Co粉、Ti粉和Mn粉并混合，得到原料粉體；
(2)將原料粉體置于保護(hù)氣氛中、進(jìn)行球磨處理使其機(jī)械合金化，得到高熵合金粉末；
(3)采用放電等離子燒結(jié)工藝對(duì)所得高熵合金粉末進(jìn)行燒結(jié)，得到高熵合金材料。
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