[发明专利]一种SmCoFeMnNi高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SmCoFeMnNi高熵合金及其制备方法，包括：S1、称取氧化钐和等摩尔量金属镧、钴、铁、锰和镍，混合和加压处理获得坯体；S2、将坯体放入真空电弧熔炼炉中，抽真空，采用电弧枪电流引弧，镧与氧化钐发生镧热还原反应制得金属钐；S3、将电流继续增加，温度控制在2000℃～2100℃，其余合金元素熔至液态，关闭电流；S4、冷却后重复S3将铸锭重熔，得到高熵合金。本发明采用镧热还原反应先制备高熵合金中的稀土金属钐，再与其它金属熔炼制得高熵合金，由于整个镧热还原反应及熔炼均在真空中进行，避免了传统金属钐在制备过程中可能的氧化与污染问题，该制备方法工艺较为先进，参数精确。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，具体而言，涉及一种SmCoFeMnNi高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(High-entropy alloys)简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。以往的合金中主要的金属成分可能只有一至两种，例如会以铁为基础，再加入一些微量的元素来提升其特性，因此所得的就是以铁为主的合金。过往的概念中，若合金中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多种金属却不会脆化，是一种新兴的材料，这种含有多种主元的合金也被叫做成分复杂合金、多主元合金、等原子比多组元合金等。高熵合金的定义源自于高的混合熵值，在统计热力学中，熵与系统的混乱度相联系，混乱度越大，系统的熵就越高。高熵合金可以设计成等摩尔比合金，也可以设计成非等原子比合金，高熵合金中每种主元元素的原子分数不一定完全相等，不过应该介于5％和35％之间。

构成高熵合金的各主要元素的含量高于传统合金，高浓度的成分在合金中形成了复杂的效应。多主元高熵合金有四大效应：(1)热力学上的高熵效应；(2)动力学上的缓慢扩散效应；(3)结构上的晶格畸变；(4)性能上的“鸡尾酒”效应。目前制备多元高熵合金如SmCoFeMnNi高熵合金时，一般都是直接加入金属单质等方式，但熔炼得到的合金中存在金属钐纯度低、回收率低以及反应动力学条件较差等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种SmCoFeMnNi高熵合金及其制备方法，该方法避免了传统金属钐在制备过程中可能发生的氧化与污染等问题，得到了高纯度金属钐合金。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种SmCoFeMnNi高熵合金的制备方法，包括以下步骤：S1、称取金属氧化物氧化钐和等摩尔量的金属镧、钴、铁、锰和镍，氧化钐的摩尔量为其他单个金属摩尔量的一半，对反应原料混合，之后加压处理获得坯体；S2、将压好的坯体放入真空电弧熔炼炉中，关闭炉门，对真空电弧熔炼炉的腔室抽真空，采用电弧枪电流引弧，镧与氧化钐发生镧热还原反应，制得稀土金属钐；S3、将电流继续增加，温度控制在2000℃～2100℃，使得其余合金元素熔至液态，停留180s～240s后关闭电流；以及S4、待铸锭冷却后重复步骤S3将铸锭进行重熔，最后熔炼得到SmCoFeMnNi高熵合金。

根据本发明，原料均为粉末状，纯度均为99.9％，用量如下：氧化钐164g～180g，镧128g～140g，钴48g～60g，铁45g～60g，锰44g～60g，镍48g～60g。

根据本发明，步骤S4还包括对熔炼得到的SmCoFeMnNi高熵合金进行表面处理和干燥的步骤。

根据本发明，对SmCoFeMnNi高熵合金进行表面处理的步骤包括：清除SmCoFeMnNi高熵合金表面的氧化镧粉末，之后用砂纸打磨表面使其变得光亮，用无水乙醇清洗。

根据本发明，对SmCoFeMnNi高熵合金进行干燥的步骤包括：将表面处理后的高熵钐钴铁锰镍合金放入真空度为3Pa～5Mpa的真空干燥箱内，在100℃～120℃下干燥15～20分钟。