[发明专利]一种微波烧结制备面心立方型含硼高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种微波烧结制备面心立方型含硼高熵合金及其制备方法，将Fe、Co、Ni、Cu、B金属粉末均匀混合；利用球磨不断细化析出的含硼硬质相；再利用微波烧结制备而成。本发明基于硼元素强化面心立方型高熵合金的机制，调控高能球磨转速过程以及球磨时间，使得析出的硼化物能够在球磨过程中不断细化颗粒，这使得含硼硬质相具有粒径小；在微波烧结技术中，调控烧结升温速率以及烧结时间，进一步保留含硼硬质相的细小晶粒以及分散性良好；相比于熔铸法制备的含硼高熵合金，析出的含硼硬质相会显著破坏基体导致塑性急剧恶化，本发明有效调控了含硼硬质相在基体中的分布、形状以及晶粒大小，具有清洁环保、可控性高等优点。

技术领域

本发明属于材料冶金制备技术领域，具体涉及到一种微波烧结制备面心立方型含硼高熵合金的方法。

背景技术

高熵合金是近十几年所提出的一种合金设计理念，其满足合金中含有5个以上的主要元素且每个主要元素的含量在5-35at％之间。高熵合金所形成的无序固溶体，通常具有较高的混合熵，因此倾向于形成面心立方型或体心立方型结构的简单固溶体相，其独特的晶体结构使得高熵合金具有高强度、高硬度以及高温稳定性。叶均蔚等人在高熵合金中添加一定量的硼元素，在铸态合金中由FCC固溶体相和硼化物析出相组成，随着硼化物的析出相增加导致其强度显著增加，这为解决FCC结构高熵合金的强度低提供了思路。

进一步研究发现这种硼化物的析出虽然极大提高其强度、硬度等性能，但传统的熔铸法会导致其片状、长条状等形貌导致其材料的韧性也随着之恶化。这很大限制了硼元素在面心立方相高熵合金的应用前景。

针对现有的硼元素强化高熵合金导致的塑性严重破坏，提出了一种微波烧结制备面心立方型含硼高熵合金的方法。采用机械合金化与微波烧结技术相结合的方法处理金属间化合物是一种新途径，对于改善硼化物的析出形貌使其能够有效的发挥出硼化物的高硬高强度性能。利用高能球磨过程中不断的挤压粉末颗粒，使其晶粒尺寸降低且产生位错、空位、堆叠等缺陷引起系统的自由能提高，这可以改善金属间化合物的室温延展性能。同时，微波烧结作为一种加热技术，其快速升温可以抑制晶粒组织长大方面有独特的优势。并且不同于放电等离子烧结过程，该方法更为清洁环保、可控性高以及操作也更加简单化。

发明内容

本发明针对现有硼元素强化高熵合金的问题，提出对于改善硼化物的析出形貌使其能够有效的发挥出硼化物的高硬高强度性能，以克服目前含硼硬质相在高熵合金的塑性恶化情况，属于硬质相增强高熵合金的领域内的关键问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种微波烧结制备面心立方型含硼高熵合金的方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

(1)将金属单质粉末Fe、Co、Ni、Cu、B按照等摩尔比均匀混合，放入球磨罐内，加入适量的研磨剂无水乙醇，并加入氧化锆球后将球磨罐抽真空；

(2)先以150r/min的转速球磨8h，再以300r/min的转速球磨60-65h；

(3)将步骤(2)球磨得到的粉末，放入真空干燥箱内烘干，装入模具并预压成型；

(4)将步骤(3)得到的胚锭，放入微波烧结炉中，微波烧结得到面心立方型含硼高熵合金。

优选地，步骤(1)所述的金属单质粉末Fe、Co、Ni、Cu、B，其粒径均为45μm，等摩尔比为1：1：1：1：1。

优选地，步骤(1)所述的加入适量研磨剂无水乙醇，其具体量为加入的金属粉末质量分数的30％-40％。

优选地，步骤(1)所述的加入氧化锆球，其球料比为5：1。

优选地，步骤(1)所述的抽真空，其具体量为0MPa≤P≤0.1MPa。