[发明专利]一种预合金化CrMoNbTiZr多孔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以预合金化CrMoNbTiZr高熵合金为原料的多孔过滤材料及其制备技术。本发明结合了雾化制粉工艺以及粉末冶金工艺，制备多孔材料过程如下：将Cr、Mo、Nb、Ti、Zr金属原料按等摩尔比亦或近等摩尔比称量后放在中频感应熔炼炉内熔融为金属液体，然后经气雾化成为预合金化的固体粉末。再将粉末掺胶、烘干后压制成型，真空烧结即得本发明材料。本发明制备工艺简单环保，烧结周期短，孔隙易于控制，多孔材料机械强度高，化学性质稳定，耐腐蚀能力强，抗高温氧化等优点。本发明在多孔过滤材料领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种预合金化的多孔高熵合金及其制备技术，特别是涉及一种高温抗氧化、耐腐蚀的预合金化CrMoNbTiZr多孔高熵合金的制备技术，属于多孔材料及其制备领域。

背景技术

多孔材料是一种新兴材料体系。近年来多孔材料的发展取得了高速的发展，其最显著的特点是多孔材料具有密度小、比表面积大、透气性好、吸附容量大等优点，广泛应用于冶金、机械、宇航、石化、化工、电子、食品、医学、环保等行业，而多孔过滤材料可分为金属多孔过滤材料与非金属多孔过滤材料两大类。与非金属多孔过滤材料相比，金属多孔材料具有强度及韧性高、导电导热性好、抗冲击能力强、可焊接、易加工、耐高温、强度高、导电导热性好、可焊接、易加工，原材料质量容易控制，制造工艺简单，使用寿命长，并具有可再生性等优点。

过滤分离技术由于具有无相变、效率高、能耗低及对物料性能影响小等优点，近几十年发展迅猛，已广泛应用于各工业领域先进单元操作过程和高效节能分离过程，成为当代能源、资源和环境可持续发展技术的基础。因此，多孔金属在近几十年得到了广泛的关注并实现了快速的发展，在能源环保、石油化工等领域得到了应用，可解决生产过程中液体、气体原料和贵重资源的回收，产品的提纯净化等问题，推动了现代工业技术的进步。

金属多孔过滤材料的制备方法有很多，主要有铸造法、粉末冶金烧结法、沉积法、自蔓燃反应合成法、高压气体吹熔法、液态凝固法等。

其中以粉末冶金方法制备的金属多孔过滤材料具有孔隙可控性强、过滤精度高、透气性好、再生净化工作简便的优点，因此，目前制备多孔材料以粉末冶金法居多。粉末冶金法制备多孔材料时，其造孔机理常采用是元素粉末反应合成法，多孔材料的孔隙是通过元素粉末反应合成制备而来，特别需要说明的是，此法造孔机理主要是基于合金元素的扩散和反应效应，粉末与粉末之间的界面不利于扩散，且其扩散路径较远，因而在其制备的过程中需要在某个高温阶段保温较长的时间才能够获得理想的孔结构，即需要长时间的保温才可以完成造孔所需要的扩散和反应过程。因此，采用元素粉末反应合成制备多孔材料的反应时间长，生产效率低，且孔的结构难于控制，经济性也不太理想。

为了克服上述的不足，本发明专利提出采用预合金的粉末为原材料，即将需要添加的高熵合金原料真空熔炼，后续采用气雾化法制成预合金化的粉末，取筛分后合适粒度的雾化粉末为原料，添加粘结剂后造粒，再采用一定的压力压制成形后真空烧结就可制备出多孔材料。此方法主要通过控制粉末粒度、成形压力和粘结剂含量来达到对孔结构的控制，且预合金化粉末的化学成分极为均匀、晶体结构特别细小，烧结过程中不一定需要扩散和反应效应造孔，可克服长时间的扩散带来的能耗增大、以及粉末扩散的不均匀问题，制备的材料组织均匀性大大提高，宏观形貌和孔隙均可控。更重要的是，多主元高熵合金早已打破了以一种合金元素为基的传统合金设计模式，可通过合金成分优化设计，获得具有显微结构简单化、纳米析出物、非晶结构、纳米晶粒等组织特征和高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、耐高温蠕变、耐高温氧化、耐回火软化等优异的性能组合合金，因此，本发明制备的预合金化多孔高熵合金材料同时还兼顾了高熵合金优异的性能，有效弥补了市面上其他多孔过滤材料性能的不足，强有力地改善了传统多孔材料孔隙结构强度不够，不耐腐蚀，不耐高温的缺陷。高性能高熵合金多孔材料的研发将是解决目前高温烟气过滤的关键问题的重要技术选择。

发明内容