一种MoCrFeMnNi高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于高熵合金技术领域，具体涉及一种MoCrFeMnNi高熵合金及其制备方法。本发明专利技术公开了一种具有更高硬度的MoCrFeMnNi高熵合金。该MoCrFeMnNi高熵合金由等摩尔比的Mo、Cr、Fe、Mn和Ni元素组成，其制备过程包括：步骤S1，按质量百分比计，秤取反应原料；步骤S2，对反应原料进行混合处理并压制获得胚体；步骤S3，进行铝热反应获得MoCrFeMnNi高熵合金；步骤S4，对获得MoCrFeMnNi高熵合金进行退火处理。采用本发明专利技术的方法获得的MoCrFeMnNi高熵合金，不仅具有更高的硬度，而且制备工艺简单，加工成本低能耗小。

A MoCrFeMnNi high entropy alloy and its preparation method

The invention belongs to the field of high entropy alloy technology, in particular to a MoCrFeMnNi high entropy alloy and a preparation method thereof. The invention discloses a MoCrFeMnNi high entropy alloy with higher hardness. The MoCrFeMnNi high entropy alloy consists of Mo, Cr, Fe, Mn and Ni elements at the same molar ratio. The preparation process includes step S1, weighing the reaction raw material according to the mass percentage, step S2, mixing and pressing the reacting raw materials to obtain the embryo body; step S3, the MoCrFeMnNi high entropy alloy should be obtained by the reaction of aluminum heat; step S4, The MoCrFeMnNi high entropy alloy was annealed. The MoCrFeMnNi high entropy alloy obtained by the method of the invention not only has higher hardness, but also has simple preparation process, low processing cost and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种MoCrFeMnNi高熵合金及其制备方法
本专利技术属于高熵合金
，具体涉及一种MoCrFeMnNi高熵合金及其制备方法。
技术介绍
多主元高熵合金是一种采用新的材料设计理念制备得到的材料，其中多主元高熵合金一般含有5种或5种以上元素，并且每种元素含量在5％～35％之间，所有主要元素的原子百分比含量基本相当。由于高熵合金具有高硬度、耐腐蚀、耐高温氧化等优异的性能，越来越引起了人们的广泛关注和研究。现在高熵合金很多研究的合金系是由Cr、Fe、Co和Ni等四个过渡族金属元素加上一两个其它元素熔炼而成的高熵合金，这四种元素有很好的互溶性。目前研究较多的是添加Al元素，研究铝含量的变化对高熵合金合金性能和组织的影响。在公布号为CN107267843A的中国专利申请文件中，公开了一种AlCoCrFeNi高熵合金及其制备方法，采用该文件中的方法制备而成的AlCoCrFeNi高熵合金平均硬度只有550HV，无法满足一些对硬度要求更高工况的使用。
技术实现思路
本专利技术提出了一种具有更高硬度的MoCrFeMnNi高熵合金。该MoCrFeMnNi高熵合金由等摩尔比的Mo、Cr、Fe、Mn和Ni元素组成，并且其相组成包括面心立方、体心立方以及σ析出相。该MoCrFeMnNi高熵合金的制备方法，具体包括以下步骤：步骤S1，秤取反应原料；按质量百分比计，反应原料包括Mo粉末25％～27％、Cr粉末13％～15％、Fe2O3粉末21％～22％、Mn粉末14％～15％、Ni粉末15％～16％、Al粉末7％～8％以及KClO3粉末2％；步骤S2，对反应原料进行混合处理,并对混合后的反应原料进行加压处理，获得圆饼状胚体；步骤S3，首先将坯体放入燃烧合成反应釜内，并在坯体上表面放置引燃剂；其次向反应釜内充入1MPa～3MPa氩气，保持5min～15min后排出气体；待反应釜内温度加热至110℃～130℃时再次排出反应釜内残余的气体；然后再次向反应釜内充入氩气，使反应釜内压强上升至4Mpa～6Mpa；待反应釜内温度升至160℃～180℃时，在反应釜内发生铝热反应；最后待铝热反应完成并冷却至室温后，获得块状MoCrFeMnNi高熵合金；步骤S4，对获得的块状MoCrFeMnNi高熵合金进行退火处理并随炉冷却至室温；其中，退火处理的温度为700℃～800℃，退火时间为6h～12h。优选的，在所述步骤S1中，反应原料中Mo粉末、Cr粉末、Fe2O3粉末、Mn粉末、Ni粉末和Al粉末的分析纯均为99％以上。进一步优选的，在所述步骤S1中，按质量百分比计，反应原料中Mo粉末为25.53％、Cr粉末为13.84％、Fe2O3粉末为21.25％、Mn粉末为14.62％、Ni粉末为15.58％、Al粉末为7.18％以及KClO3粉末为2％。优选的，在所述步骤S2中，采用30MPa～50MPa的压力对反应原料进行胚体压制。优选的，在所述步骤S3中，铝热反应完成后获得的反应产物外表面包裹有一层Al2O3外壳，敲除Al2O3外壳后获得块状MoCrFeMnNi高熵合金。优选的，在所述步骤S4中，退火处理的温度为800℃，退火时间为6h。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提出了一种全新的MoCrFeMnNi高熵合金，该高熵合金与现有的AlCoCrFeNi高熵合金相比较具有更高的硬度，因此可以应用于对硬度要求更高的工况中。2、本专利技术的MoCrFeMnNi高熵合金制备方法利用铝热反应，只需要对反应釜进行加热至170℃，即可利用铝热反应过程中放出的热量对金属粉末进行熔化，获得块状的MoCrFeMnNi高熵合金。这样，不仅可以简化工艺流程，提高制备效率，而且铝热反应开始后不再需要外热源，从而可以减少能耗，降低成本。3、在本专利技术中通过对获得的MoCrFeMnNi高熵合金进行合适的退火处理，从而进一步提高MoCrFeMnNi高熵合金的硬度。附图说明图1为对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2进行衍射分析获得的XRD图；图2为实施例1中获得MoCrFeMnNi高熵合金的SEM图；图3为实施例2中获得MoCrFeMnNi高熵合金的SEM图；图4为对比例1中获得MoCrFeMnNi高熵合金的SEM图；图5为对比例2中获得MoCrFeMnNi高熵合金的SEM图；图6为实施例1中获得MoCrFeMnNi高熵合金的高倍SEM图；图7为实施例2中获得MoCrFeMnNi高熵合金的高倍SEM图；图8为对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2进行硬度检测获得的硬度值曲线图；图9为对实施例1、对比例1和对比例2进行压缩试验获得的压缩应力-应变曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细介绍。实施例1步骤S1，按质量百分比秤取总重量为300g的反应原料。其中，反应原料中Mo粉末为25.53％、Cr粉末为13.84％、Fe2O3粉末为21.25％、Mn粉末为14.62％、Ni粉末为15.58％、Al粉末为7.18％以及KClO3粉末为2％。此外要求，Mo粉末、Cr粉末、Fe2O3粉末、Mn粉末、Ni粉末和Al粉末的分析纯均为99％以上。步骤S2，首先借助QM-1SP4行星式球磨机对反应原料进行混合处理。其中，将球磨机的转速设定为120r/min，将球料比设定为1：2，进行12h的混合，并且每隔2h改变球磨机的转向，保证反应原料的均匀混合。然后将混合均匀的反应物料放置在Y32-100t液压机上，并且在40MPa的压力作用下，在模具中将反应原料压制成直径为80mm、高度约15～20mm圆饼状坯体。步骤S3，首先将坯体放入燃烧合成反应釜内，并取2g的引燃剂制成薄片状放置在坯体的上表面中心位置。其中，引燃剂既可以选用含硫铝锰的混合物也可以采用镁条。其次将反应釜密闭后，在室温条件下向反应釜内充入1Mpa氩气，并保持10min后排出气体。此时，由于反应釜内的氩气和空气的密度不一样，空气位于氩气的上方，因此排气过程中首先对空气进行排放，完成反应釜内空气的排除。待反应釜内温度加热至120℃时，再次排出反应釜内残余的气体，并且向反应釜内再充入氩气使反应釜内的压强上升至5Mpa。待反应釜内温度升至170℃时，反应釜内发生铝热反应和KClO3分解反应释放出大量的热量，而放出的大量热量将金属单质粉末熔化形成合金溶体。在此过程中，产生液态的Al2O3和KCl，由于液态Al2O3和KCl的密度比较小，而合金熔体的密度相对来说比较大，且液态Al2O3和KCl与合金熔体互不相溶，因此液态Al2O3和KCl会上浮至合金熔体的上部和四周，并且凝固冷却后形成Al2O3壳体包裹在合金熔体的外表面。最后待铝热反应完成并且反应釜冷却至室温后，取出反应产物用锤子敲破反应产物外表面的Al2O3壳体，获得块状的MoCrFeMnNi高熵合金。步骤S4，对获得的MoCrFeMnNi高熵合金进行退火处理并随炉冷却至室温。其中，退火处理的温度为800℃，退火时间为6h。实施例2，采用与实施例1相同的方法进行MoCrFeMnNi高熵合金的制备，其区别仅在于，在步骤S4中，退火温度为700℃，退火时间为12h。对比例1，采用与实施例1相同的方法进行MoCrFeMnNi高熵合金的制备，其区别仅在于，对获得的MoCrFeM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MoCrFeMnNi高熵合金，其特征在于，所述MoCrFeMnNi高熵合金由等摩尔比的Mo、Cr、Fe、Mn和Ni元素组成。

【技术特征摘要】
1.一种MoCrFeMnNi高熵合金，其特征在于，所述MoCrFeMnNi高熵合金由等摩尔比的Mo、Cr、Fe、Mn和Ni元素组成。2.根据权利要求1所述的MoCrFeMnNi高熵合金，其特征在于，所述MoCrFeMnNi高熵合金的相组成包括面心立方、体心立方以及σ析出相。3.一种MoCrFeMnNi高熵合金的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1，秤取反应原料；按质量百分比计，反应原料包括Mo粉末25％～27％、Cr粉末13％～15％、Fe2O3粉末21％～22％、Mn粉末14％～15％、Ni粉末15％～16％、Al粉末7％～8％以及KClO3粉末2％；步骤S2，对反应原料进行混合处理,并对混合后的反应原料进行加压处理，获得圆饼状胚体；步骤S3，首先将坯体放入燃烧合成反应釜内，并在坯体上表面放置引燃剂；其次向反应釜内充入1MPa～3MPa氩气，保持5min～15min后排出气体；待反应釜内温度加热至110℃～130℃时再次排出反应釜内残余的气体；然后再次向反应釜内充入氩气，使反应釜内压强上升至4Mpa～6Mpa；待反应釜内温度升至160℃～180℃时，在反应釜内发生铝热反应；最后待铝热反应完成并冷却至室温后，获得块状MoCrFeMnNi高熵合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：喇培清，肖海波，杨理洁，魏玉鹏，魏孔振，王乾龙，郭鑫，马应霞，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62