[發明專利]一種高熵合金高出粉率機械合金化和燒結成形方法

在審

• 申請號: 202110886587.0
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113528925A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 姜巨福;黃敏杰;王迎;劉英澤;張穎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;B22F9/04;C22C1/04;B22F3/14
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種高熵合金高出粉率機械合金化和燒結成形方法，涉及一種高熵合金機械合金化和燒結成形方法。本發明是要解決現有機械合金化方法制備高熵合金出粉率低的技術問題。本發明在步驟三中先不加過程控制劑進行高速球磨，再加入硬脂酸，繼續球磨的機械合金化工藝方法，基本避免了粉末粘球粘罐的發生，大大提高了出粉率，出粉率可達到99.2％，粉末完全實現合金化，粉末細小。將制備的粉末進行真空熱壓燒結后可成形出塊體Al_0.8Co_0.5Cr_1.5FeNiCu高熵合金，合金的組織細小均勻。

技術領域

本發明涉及一種高熵合金機械合金化和燒結成形方法。

背景技術

高熵合金是近年來新產生的一種合金體系。不同于由單一主元構成的鋁合金、鎂合金、鋼、銅合金、鈦合金、高溫合金等傳統合金，高熵合金是根據多主元的理念進行設計，通常由5種及以上的主元組成，并且每種主元的原子含量百分比在5％～35％的范圍內。高熵合金因此也稱作多主元合金，合金的熵值通常大于1.6R。高熵合金具有“高熵效應”、“晶格畸變效應”、“遲滯擴散效應”、“雞尾酒效應”等獨特效應。這些效應使許多已經研發的高熵合金具有高強度，強度與塑性匹配，結構熱穩定性，抗蠕變性，抗氧化性，抗高溫軟化性等一系列突出的性能。高熵合金在未來航空航天、極端環境應用、能源領域具有較大的應用前景。

目前高熵合金塊體制備方法主要是以鑄造冶金法為主，鑄造冶金法制備的高熵合金的組織一般都為較粗大的枝晶組織，且容易形成成分的偏析，限制了高熵合金性能的進一步提高。機械合金化方法是一種非平衡態材料制備方法，金屬粉末通過高能磨球的反復碰撞沖擊不斷變形冷焊，提高了元素間的固溶極限，實現晶粒的細化。機械合金化的粉末通過燒結可成形出元素分布均勻，晶粒細小的塊體合金，實現合金強度等性能的大幅度提高。

采用機械合金化方法制備高熵合金目前存在的主要問題是合金化過程的出粉率低，粉末粒度細化以及合金化效果等問題。機械合金化過程中磨球碰撞以及材料相變產生的熱量使球磨過程的環境溫度提高，造成一部分粉末粘附在磨球和磨罐內壁上，使材料的利用率大大較低，還造成磨球和磨罐的清潔困難。通過添加過程控制劑能提高出粉率，但是會一定程度上限制元素的擴散，降低合金化效果。粉末在燒結成形過程的主要問題是通過合適工藝控制獲得高致密，組織細小的塊體合金，不同體系的高熵合金由于成分組成和主元含量的差異，適用的燒結工藝往往也有很大差異。

發明內容

本發明是要解決現有機械合金化方法制備高熵合金出粉率低的技術問題，而提供一種高熵合金高出粉率機械合金化和燒結成形方法。

本發明的高熵合金高出粉率機械合金化和燒結成形方法是按以下步驟進行的：

一、單質粉末配比：將Al單質粉末、Co單質粉末、Cr單質粉末、Cu單質粉末、Fe單質粉末和Ni單質粉末一起裝入同一個球磨罐中，然后裝入不銹鋼磨球，密封好球磨罐；將手套箱使用純度99.99％的氬氣洗氣3次～4次；

所述的不銹鋼磨球由三種不同直徑的球磨混合組成，直徑分別為10mm～11mm，8mm～9mm和5mm～6mm，且三種磨球的質量配比為(2～2.2):(1～1.2):(2～2.2)；

所述的不銹鋼磨球的質量為粉末總質量的10倍～12倍；

所述的Al單質粉末、Co單質粉末、Cr單質粉末、Cu單質粉末、Fe單質粉末和Ni單質粉末的粒度均為40μm～50μm；

所述的Al單質粉末、Co單質粉末、Cr單質粉末、Cu單質粉末、Fe單質粉末和Ni單質粉末是按照原子摩爾比Al:Co:Cr:Cu:Fe:Ni＝0.8:0.5:1.5:1:1:1進行配比的；

二、粉末的預混合：將步驟一中裝有粉末和磨球的球磨罐放置在行星球磨儀中進行低速度轉動將粉末進行預混合；

所述的行星球磨儀轉速為120r/min～150r/min，轉動時間為2h～2.5h；