[发明专利]一种高活性纳米晶高熵合金粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能新材料及其制备领域，提供了一种成分为Mg₂Ni_xCu_1-xTiCr_yMn_1.5-y（x、y为摩尔比且取值范围均为0～1）的高活性纳米晶高熵合金粉体及其制备方法。

技术背景

随着现代工业的迅速发展，特别是现代航空航天、交通运载、电子信息等高技术领域的发展，对金属材料及其表面性能提出了越来越高的要求，不仅要求金属材料要有较轻的结构重量，还要求有较好的强度和刚度。

作为被称作是“21世纪的绿色工程材料”的镁合金，因其低密度、极高的比强度和比刚度、良好的阻尼性、良好的机械加工性能以及电磁屏蔽性能，因此成为各个行业的“新宠”备受青睐，在北美、欧洲、日本和台湾等地区镁合金已被广泛运用于航空航天、汽车工业、电子通讯业、电器、交通和国防工业领域。但是镁合金材料硬度低、耐腐蚀性、耐磨性差，限制其广泛使用。为拓展和开发镁合金的应用领域，针对镁合金硬度低、耐腐蚀性、耐磨性差等问题，进行适当的表面改性，对实现镁合金广泛使用具有重要意义。

高熵合金具有高强度、高硬度、大加工硬化能力、耐腐蚀等优良的综合性能，广泛应用于高强度高硬度刀具、耐磨耐腐蚀涂层等领域，具有很强的工业发展潜力。采用热喷涂和激光熔覆等快速凝固技术在低成本金属材料表面涂覆高性能高熵合金涂层具有良好的应用前景。

但由于高熵合金粉料组分较多，不同种类的金属元素之间及其与基体材料之间密度、熔点、比热和膨胀系数等热物理性能存在较大差异，激光熔覆、热喷涂等表面加工难以得到成分均匀的涂层，导致涂层的成型质量和表面连续性无法满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于研制一种适于激光熔覆加工的高活性纳米晶高熵合金粉体及其制备方法，解决高熵合金涂层与镁合金基体界面相容性差的技术问题。

本发明的技术方案为：

一种高活性纳米晶Mg₂Ni_xCu_1-xTiCr_yMn_1.5-y高熵合金粉体的制备方法，包括如下步骤：

首先采用真空感应悬浮熔炼制得中间合金TiCr_yMn_1.5-y，所述中间合金TiCr_yMn_1.5-y机械破碎制粉后与Mg粉、Ni粉、Cu粉按照摩尔比1:2:x:（1-x）的比例配料置入球磨罐，其中，x、y为摩尔比且取值范围均为0～1；

室温环境下抽真空后充入氢气或氩气保护气进行球磨，球磨转速1000~2000转/分钟，保护气压力范围0.1～10MPa，球料重量比（1: 1）～（100: 1），粉末粒度均为1～100μm，球磨时间1～100小时后最终得到高活性纳米晶高熵合金粉体。

优选，在真空感应悬浮熔炼炉里熔炼得到中间合金TiCr_yMn_1.5-y时每个合金均翻身重熔3遍以上保证成分均匀。

上述制备方法制备的一种高活性纳米晶Mg₂Ni_xCu_1-xTiCr_yMn_1.5-y高熵合金粉体。

氢气或氩气气氛保护球磨过程中Mg、Ni、Cu、Ti、Cr、Mn等元素组分充分反应复合，最终得到的纳米晶高熵合金粉体具有高度活性，各元素组分在球磨过程中实现均匀弥散分布，保证了激光熔覆加工后形成与镁合金基材冶金级结合的良好界面组织、组织均匀细密无裂纹，有效提高镁合金基材的表面强度、耐磨性和耐蚀性。

已有技术中，涂层材料与激光熔覆速凝过程涂层易开裂及与基体合金材料结合不良,本发明所制备的Mg₂Ni_xCu_1-xTiCr_yMn_1.5-y（x、y为摩尔比且取值范围均为0～1）高活性纳米晶高熵合金粉体具有高度活性，粉末在球磨过程中逐渐纳米化合金化，不同元素组分以纳米界面接触并均匀弥散分布，解决了现阶段强化粉体中不同种类元素因在密度、熔点和膨胀系数等热物理性能差异而易造成组织偏析的弊端，保证了涂层粉体经激光熔覆加工后形成与镁合金基材冶金级结合的良好界面组织、组织均匀细密无裂纹，同时大大降低了熔覆粉体材料的生产成本。

附图说明