[发明专利]一种高熵合金高出粉率机械合金化和烧结成形方法

说明书

一种高熵合金高出粉率机械合金化和烧结成形方法，涉及一种高熵合金机械合金化和烧结成形方法。本发明是要解决现有机械合金化方法制备高熵合金出粉率低的技术问题。本发明在步骤三中先不加过程控制剂进行高速球磨，再加入硬脂酸，继续球磨的机械合金化工艺方法，基本避免了粉末粘球粘罐的发生，大大提高了出粉率，出粉率可达到99.2％，粉末完全实现合金化，粉末细小。将制备的粉末进行真空热压烧结后可成形出块体Al_0.8Co_0.5Cr_1.5FeNiCu高熵合金，合金的组织细小均匀。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金机械合金化和烧结成形方法。

背景技术

高熵合金是近年来新产生的一种合金体系。不同于由单一主元构成的铝合金、镁合金、钢、铜合金、钛合金、高温合金等传统合金，高熵合金是根据多主元的理念进行设计，通常由5种及以上的主元组成，并且每种主元的原子含量百分比在5％～35％的范围内。高熵合金因此也称作多主元合金，合金的熵值通常大于1.6R。高熵合金具有“高熵效应”、“晶格畸变效应”、“迟滞扩散效应”、“鸡尾酒效应”等独特效应。这些效应使许多已经研发的高熵合金具有高强度，强度与塑性匹配，结构热稳定性，抗蠕变性，抗氧化性，抗高温软化性等一系列突出的性能。高熵合金在未来航空航天、极端环境应用、能源领域具有较大的应用前景。

目前高熵合金块体制备方法主要是以铸造冶金法为主，铸造冶金法制备的高熵合金的组织一般都为较粗大的枝晶组织，且容易形成成分的偏析，限制了高熵合金性能的进一步提高。机械合金化方法是一种非平衡态材料制备方法，金属粉末通过高能磨球的反复碰撞冲击不断变形冷焊，提高了元素间的固溶极限，实现晶粒的细化。机械合金化的粉末通过烧结可成形出元素分布均匀，晶粒细小的块体合金，实现合金强度等性能的大幅度提高。

采用机械合金化方法制备高熵合金目前存在的主要问题是合金化过程的出粉率低，粉末粒度细化以及合金化效果等问题。机械合金化过程中磨球碰撞以及材料相变产生的热量使球磨过程的环境温度提高，造成一部分粉末粘附在磨球和磨罐内壁上，使材料的利用率大大较低，还造成磨球和磨罐的清洁困难。通过添加过程控制剂能提高出粉率，但是会一定程度上限制元素的扩散，降低合金化效果。粉末在烧结成形过程的主要问题是通过合适工艺控制获得高致密，组织细小的块体合金，不同体系的高熵合金由于成分组成和主元含量的差异，适用的烧结工艺往往也有很大差异。

发明内容

本发明是要解决现有机械合金化方法制备高熵合金出粉率低的技术问题，而提供一种高熵合金高出粉率机械合金化和烧结成形方法。

本发明的高熵合金高出粉率机械合金化和烧结成形方法是按以下步骤进行的：

一、单质粉末配比：将Al单质粉末、Co单质粉末、Cr单质粉末、Cu单质粉末、Fe单质粉末和Ni单质粉末一起装入同一个球磨罐中，然后装入不锈钢磨球，密封好球磨罐；将手套箱使用纯度99.99％的氩气洗气3次～4次；

所述的不锈钢磨球由三种不同直径的球磨混合组成，直径分别为10mm～11mm，8mm～9mm和5mm～6mm，且三种磨球的质量配比为(2～2.2):(1～1.2):(2～2.2)；

所述的不锈钢磨球的质量为粉末总质量的10倍～12倍；

所述的Al单质粉末、Co单质粉末、Cr单质粉末、Cu单质粉末、Fe单质粉末和Ni单质粉末的粒度均为40μm～50μm；

所述的Al单质粉末、Co单质粉末、Cr单质粉末、Cu单质粉末、Fe单质粉末和Ni单质粉末是按照原子摩尔比Al:Co:Cr:Cu:Fe:Ni＝0.8:0.5:1.5:1:1:1进行配比的；

二、粉末的预混合：将步骤一中装有粉末和磨球的球磨罐放置在行星球磨仪中进行低速度转动将粉末进行预混合；

所述的行星球磨仪转速为120r/min～150r/min，转动时间为2h～2.5h；