[發明專利]一種CoCrNi中熵合金及其霧化制粉法制取工藝

在審

• 申請號: 202110493625.6
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113385681A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 張睿;楊瑾;鄭敏;劉紅兵;趙一璇;張華;鄧沛然;魏迪;嚴雨帆
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;C22C30/00;C22C1/02;B22F1/00
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 吳瑾瑜

本發明公開了一種CoCrNi中熵合金及其霧化制粉法制取工藝，制取工藝包括以下步驟：按照指定比例將Co元素單質塊、Cr元素單質塊和Ni元素單質塊熔煉制得CoCrNi合金棒料；以CoCrNi合金棒料為原料采用電極感應熔化氣體霧化法制備CoCrNi中熵合金。制得的CoCrNi中熵合金呈標準FCC相，無顯微偏析，整體形貌圓整，粒細小且均勻。本發明的工藝，將中頻熔煉爐熔煉與EIGA技術結合起來，不僅克服現有CoCrNi中熵合金存在混雜不勻、有顯微偏析、顆粒較大的缺陷，而且工藝較為簡單，適用于大規模生產，成本低廉，極具應用前景。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種CoCrNi中熵合金及其霧化制粉法制取工藝，特別涉及一種混雜均勻、無顯微偏析且顆粒細小的中熵合金CoCrNi及其電極感應熔化氣體霧化法制取工藝。

背景技術

中熵合金具有多種合成工藝，以不同形式合成可以獲得不同類別的合金，如致密固體鑄件、粉末冶金零件和薄膜。加工路線可大致分為三類，即熔煉和鑄造路線、粉末冶金路線和沉積技術。平衡和非平衡冷卻速度下的熔煉和鑄造技術，已被應用于棒狀、條狀和帶狀高熵合金的制備。最常用的熔融加工技術是真空電弧熔煉、真空感應熔煉和熔體紡絲。機械合金化和燒結是生產燒結制品最主要的固態加工路線。濺射、等離子滲氮和覆層屬于表面改性技術，主要用于在各種基板上制備高熵合金薄膜和厚層。合成中熵合金使用最廣泛的方法為熔鑄法。迄今為止，真空電弧熔煉是最流行的液體熔煉方法，通過在氬氣氛圍下，將爐內的合金原材料熔化以實現合金的熔煉。電弧熔煉過程中所產生的高溫(接近3000℃)可以通過調節電流大小進行調控，因此可以熔化大部分用于制備中熵合金的金屬。然而，這種技術的缺點是在合金制備過程中，某些低沸點元素可能蒸發，從而使成分控制變得更加困難。在這種情況下，采用感應加熱爐和電阻加熱爐來制造合金更為適合。熔化和鑄造過程中面臨的一個制約因素是凝固速度慢導致的各種偏析機制產生的非均勻組織。

一部分中熵合金是通過固相法合成的，包括機械合金化和固化。機械合金化是一種固態粉末加工技術，涉及高能球磨機中粉末顆粒的反復冷焊、斷裂和焊接。據報道，機械合金化可以從混合元素或預合金粉末中合成各種平衡和非平衡合金。機械合金化是金屬粉末加工所特有的，在這種加工中，金屬粉末被混合以生產超合金。機械合金化主要分為三步進行，首先，合金材料在球磨機中混合，研磨成細粉末；然后進行熱等靜壓(HIP)，同時壓縮和燒結粉末；最后，對冷壓過程中產生的內應力進行熱處理。機械合金化工藝已成功地用于生產適用于高溫應用的合金及航空航天部件。機械合金化后固化的中熵合金比鑄造的合金具有更高的孔密度，相較于熔煉方法中存在的成分偏析，機械合金化后的中熵合金其成分分布均勻且具有更大的固溶度。此外，機械合金化是一種強有力的固態加工方法，可以用于制備性能優良的納米晶材料。雖然機械合金化法已經制備了多種中熵合金：CoMnNi、AlCrTi，但是得到的合金粉體粒度較大，約為75μm左右，且有研究表明機械合金化法存在球磨時間長、顆粒球形度差、所制粉體易受污染等缺點。

因此，開發一種采用電極感應熔化氣體霧化法制得混雜均勻、無顯微偏析、顆粒細小的中熵合金CoCrNi的工藝極具現實意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術制作CoCrNi中熵合金粉末混雜不均、有顯微偏析、顆粒較大、粒度偏差較大的缺陷，提供一種可制得的中熵合金制造工藝，具體地，是一種采用電極感應熔化氣體霧化法制得均勻且無顯微偏析、顆粒細小的CoCrNi中熵合金的方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種CoCrNi中熵合金的霧化制粉法制取工藝，其包括以下步驟：

(1)按照指定比例將Co元素單質塊、Cr元素單質塊和Ni元素單質塊熔煉制得CoCrNi合金棒料；

(2)以步驟(1)制得的CoCrNi合金棒料為原料采用電極感應熔化氣體霧化法制備CoCrNi中熵合金，較現有的工藝操作簡易且便于施行。