[发明专利]一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料及其制备工艺

说明书

一种Fe‑Co‑Ni‑Mn‑Cu高熵合金材料，由Fe、Co、Ni、Mn和Cu按原子比为Fe：Co：Ni：Mn：Cu＝1:1:1:1:X组成，其中X＝0.5、1或1.5。其制备工艺为：称取各金属粉末，混合均匀后放入球磨罐中进行球磨；球磨0.5‑3h后停止球磨并冷却，然后加入松节油和酒精，然后再进行球磨，干燥后采用真空气氛炉在氩气保护下烧结工艺进行烧结，最终制得述Fe‑Co‑Ni‑Mn‑‑Cu高熵合金材料。本发明配方中加入了Co，不仅可防止Mn的大量挥发，还增加了强度和抗腐蚀性；加入了Ni和Cu，使得合金色泽洁白，具有强度高、耐蚀性、高硬度、电阻低和热点性等特点，还能降低电阻率温度系数；而且合金在具有面心立方的高强高硬的同时具有较好的塑性,具有更良好的力学性能，从而具有广阔的发展与应用前景。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，具体涉及一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料及其制备工艺。

背景技术

传统的合金均以一种或两种元素为主，通过添加少量的其他元素以达到某些特定的性能要求。中国台湾的叶均蔚教授，提出了全新的合金体系，即多主元高熵合金“多主元高熵合金就是多种元素为主，主要元素五种以上。其中每种主要元素的原子百分比介于5％与35％之间，没有一种组元在原子百分比上会超过进而成为唯一主要元素。该合金在热力学上具有很高的熵值，动力学上具有原子迟缓扩散效应，晶体结构上具有晶格扭曲效应此外多种元素的特性和它们之间的复杂作用使高熵合金呈一种鸡尾酒效应。这些特性是高熵合金相比传统合金更不倾向于形成金属间化合物且更容易形成简单的固溶体结构和纳米结构甚至非晶结构。多主元高熵合金具有较高的强度，良好的耐磨性、高加工硬化、耐高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀和高电阻率等优异性能，这是许多传统合金所无法比拟的。

机械合金化，简称是指金属或合金粉末在高能球磨过程中，与磨球之间发生长时间的激烈冲击和碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊和断裂，实现粉末颗粒中原子的扩散，从而在固态下实现合金化的一种粉末制备技术。自世纪年代末问世以来，机械合金化技术从最初应用于制备弥散强化合金材料，到逐步应用于制备非晶、准晶材料，纳米材料等非平衡态材料，金属间化合物等诸多领域表现出十分广阔的发展前景。

运用机械合金化的方法制备高熵合金，可以充分扩展各主元间的固溶度，比铸造条件下更加有利于高熵合金固溶体的形成同时，用合金元素粉末作为原料，可以方便快捷地制备出均匀的纳米晶高熵合金粉末再经过后续的烧结，便可得到晶粒细小、性能优良的高熵合金块体。机械合金化方法的不足之处在于合金粉末在球磨过程中，将不可避免地受到来自磨球介质、球磨罐内气氛和过程控制剂等的污染，引入的杂质还可能在球磨过程中与粉末发生反应而形成新的物相。杂质污染会改变合金的相组成和结构，降低合金的塑性和韧性。因此在球磨过程中必须严格控制和减少对粉末的污染。

真空气氛炉是在真空环境(低于一个大气压的气氛环境)下进行各种热处理工艺的新型热处理技术，该炉常用的有气氛有氮、氢、氧和惰性气体(如氩)等，使用时需要控制好真空度。为更好地控制炉内真空度，同时保证热处理效率，真空气氛炉通常设计为连续可控型。由于连续可控式真空气氛炉在工作过程中可以避免加热、保温、冷却的重复工艺，因此，它在工业热处理领域中具有明显的优势，得到了广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料及其制备工艺，该高熵合金不仅具有高强高硬的特点，而且具有较好的塑形和良好的力学性能。

一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料，由Fe、Co、Ni、Mn和Cu按原子比为Fe：Co：Ni：Mn：Cu＝1:1:1:1:X组成，其中X＝0.5、1或1.5。

一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料的制备工艺，包括以下步骤：

步骤(1)：称取Fe、Co、Ni、Mn和Cu粉末，混合均匀后放入球磨罐中进行球磨；

步骤(2)：待球磨0.5-3h后停止球磨并冷却，向球磨罐中加入松节油和酒精，然后再进行球磨，待球磨结束后，取出球磨罐进行干燥。