[发明专利]难熔高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种难熔高熵合金及其制备方法。一种难熔高熵合金的制备方法，其特征在于，包括：按照所述难熔高熵合金的金属元素组成，使各金属前驱体粉末与溶胶液混和均匀，得到浆料；将所述浆料雾化造粒，形成合金粉末；将所述合金粉末依次经过脱脂和还原处理、脱氢和预烧结处理，最后热加工成型。本发明解决了电弧熔炼法和机械合金化法生产效率低、合金晶粒粗大、杂质多等问题。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种难熔高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(High entropy alloys，HEAs)一般是由5种或5种以上元素以等原子比或近等原子比组合而成的固溶体合金，打破了传统意义上以一种或两种金属元素为主的合金设计理念，具有较高的熵值和原子不易扩散的特性,容易获得热稳定性高的固溶相和纳米结构，从而抑制金属间化合物的形成，具有结构上的晶格畸变效应、热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、以及性能的鸡尾酒效应。与仅包含一种或两种组元的传统合金相比，高熵合金具有高强度、高硬度，良好的抗腐蚀、耐磨性能和高温热稳定。将难熔金属和高熵合金理念相结合开发的难熔高熵合金，兼具了难熔合金和高熵合金的优点，尤其是在高温条件下具有高强度、高硬度、良好耐磨和耐腐蚀等特性和优异的高温力学性能，广泛用于原子能、电子、化工、机械等领域，也是重要的航天用高温结构材料。

目前，难熔高熵合金的制备方法主要包括电弧熔炼法和机械合金化法。电弧熔炼法的过程是将金属粉末混合后，用压片机压制成柱状或棒状等固化形态，再放入真空电弧熔炼炉内，熔炼，之后选择性地退火处理。该方法的缺点是金属粉末混合前的每种金属原料需分别进行还原、脱氢或提纯等处理，既降低了生产效率，也增加了能耗。另外，电弧熔炼法由于合金熔炼温度高，存在合金晶粒粗大、成分偏析、易产生各种铸造缺陷和工艺复杂等问题，不利于复杂形状材料制备和力学性能的提升。机械合金化法的过程是：金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化化粉末，最后选择适当的后加工工艺(冷压烧结、真空热压、热等静压等冶金方法)加工成定形样品。机械合金化法制备的高熵合金成分较均匀，但容易引入杂质，且生产效率偏低。

可见，难熔高熵合金的现有制备方法都存在生产效率低的问题。

为此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种难熔高熵合金的制备方法，该方法从原材料上将多种金属元素混合均匀，结合溶胶混合分散以及雾化造粒手段，经后处理解决了电弧熔炼法和机械合金化法生产效率低、合金晶粒粗大、杂质多等问题。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的难熔高熵合金，其相比现有产品具有更高的致密度、表面硬度、耐高温(≥1600℃)、晶粒、细小、成分均匀无偏析，并且呈优异的BCC(体心立方结构)物相。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种难熔高熵合金的制备方法，所述难熔高熵合金至少含有四种金属元素，其化学组成为W_aMo_bTa_cNb_dZr_eTi_xHf_yCr_mV_nAl_q，a、b、c、d、e、x、y、m、n、q 表示各金属元素的摩尔，a:b:c:d:e:x:y:m:n:q＝(0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)： (0.5-1)：(0.5-1)：(0.5-1)：(0.1-0.25)：(0.1-0.25)：(0.1-0.25)，并且W、Mo、 Ta、Nb、Zr、Ti和Hf中至少有四种元素在所述难熔高熵合金中的原子数比例达到15～35％。

其制备方法包括：

按照所述难熔高熵合金的金属元素组成，使各金属前驱体与溶胶液混和均匀，得到浆料；