[发明专利]一种高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明属于高熵合金材料制备领域，涉及高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配制反应剂：以Cr₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO、CuO粉末与Al粉为原料，将上述粉末原料混合均匀，制得反应剂；其中，反应剂中各粉末原料之间的摩尔比为：Al:Cr₂O₃:MnO₂:Fe₂O₃:Co₂O₃:NiO:CuO＝11.34:1:2:1:1:2:2；(2)压力容器中反应合成：将反应剂置于压力容器设备中，充入惰性气体，点火诱发反应剂的反应；反应完成后，得到自然分离的两层产物，剥离上层产物，得到高熵合金材料。本发明制备方法通过合理选择燃烧合成反应组分及气氛压强，实现了高熵合金的快速制备。

技术领域

本发明涉及一种多主元高熵合金材料制备技术领域，特别涉及一种CrMnFeCoNiCu高熵合金及其制备方法。

技术背景

高熵合金一般含有5种或5种以上元素，且每种元素含量在5％～35％范围内，所有组成元素的原子百分比含量基本相当。多组元引起的高熵效应有效抑制了金属间化合物的出现，有效降低了多主元引起的合金的脆性，并且一般形成简单的面心或体心立方结构，且容易获得纳米结构材料。

高熵合金传统制备工艺一般采用加热熔炼或电化学沉积法制备，但上述制备方法对所选组元有较高的选择性，设备昂贵且制备时间较长、能耗高。也有尝试采用燃烧合成技术进行制备的探索，但一般的燃烧合成均采用铝热体系进行制备，其反应温度一般＞3000K，当体系中存在沸点较低的Co、Mn等元素时，容易出现蒸汽挥发甚至熔体喷溅，造成组分损失，且铸锭致密度差，存在气孔、夹渣等缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种CrMnFeCoNiCu高熵合金的制备方法，该制备方法的基础是铝热反应，利用合金元素对应的氧化物粉体与Al粉的铝热反应实现合金元素的还原和合金的熔化，同时由于生成的CrMnFeCoNiCu合金熔体与Al₂O₃陶瓷熔体间的密度、表面张力差异，可快速实现CrMnFeCoNiCu金属-Al₂O₃陶瓷熔体分离和致密化，冷却后获得CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。

一方面，本发明提供了一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制反应剂

以Cr₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃、Co₃O₄、NiO、CuO粉末与Al粉为原料，将上述粉末原料混合均匀，制得反应剂；其中，反应剂中各粉末原料之间的摩尔比为：

Al:Cr₂O₃:MnO₂:Fe₂O₃:Co₂O₃:NiO:CuO＝11.34:1:2:1:1:2:2。

(2)压力容器中反应合成

将所述反应剂置于压力容器设备中，充入惰性气体，点火诱发反应剂的反应；

反应完成后，得到自然分离的两层产物，剥离上层产物，得到CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。

可选地，根据本发明的高熵合金的制备方法，所述惰性气体为Ar气。

可选地，根据本发明的高熵合金的制备方法，所述压力容器中，Ar气的压力为0.2-2.0MPa。