一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料及其制备工艺制造技术

技术编号:21134509 阅读:16 留言:0更新日期:2019-05-18 03:18
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。本发明专利技术配方中加入了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。

A Fe-Co-Ni-Mn-Cu High Entropy Alloy Material and Its Preparation Technology

A high-entropy Fe Co Ni Mn Cu alloy material is composed of Fe, Co, Ni, Mn and Cu in atomic ratio of Fe: Co: Ni: Mn: Cu = 1:1:1:1:X, where X = 0.5, 1 or 1.5. The preparation process is as follows: weighing each metal powder, mixing evenly and putting it into ball mill tank for ball milling; stopping ball milling and cooling after ball milling for 0.5 3 h, then adding turpentine and alcohol, then ball milling, drying, sintering in vacuum atmosphere furnace under argon protection, and finally producing the Fe Co Ni Mn Cu high entropy alloy material. The addition of Co in the formulation of the invention not only prevents the volatilization of Mn, but also increases the strength and corrosion resistance; the addition of Ni and Cu makes the alloy white, has the characteristics of high strength, corrosion resistance, high hardness, low resistance and hot spot, but also reduces the temperature coefficient of resistivity; moreover, the alloy has high strength and hardness of face-centered cube, and has better plasticity, and has better plasticity. With good mechanical properties, it has broad development and application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料及其制备工艺
本专利技术属于高熵合金
,具体涉及一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料及其制备工艺。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。步骤(3):干燥结束后,取出粉末,然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。进一步的,步骤(1)中所述的Fe、Co、Ni、Mn和Cu粉末均为颗粒规格325目的高纯度固态纯原料。进一步的,步骤(1)中球磨罐的球磨介质为硬质合金球,球料比为15~25:1。。进一步的,步骤(1)中球磨机的转速为20-200r/min。进一步的,步骤(3)中的真空烧结的工艺参数为:烧结设备:气氛箱式炉烧结温度1200~1300℃保温时间:4~5h烧结压力:10~20Mpa升温速率:5℃/min。有益效果:(1)、本专利技术配方中加入了Co,非磁性Co的性质很稳定,具有很高的强度和优异的抗腐蚀性,由于Mn具有较高的蒸汽压而Co有相对较高的熔点,可防止Mn的大量挥发;配方中加入了Ni和Cu,由于铜镍之间可以无限固溶,制得的合金色泽洁白,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。(2)本专利技术在单一固溶体中生成相沉淀,造成沉淀强化,使该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。(3)本专利技术提供了的球磨方案,球磨后的粉末尺寸在3~8微米,不会因粉末表面活性过高而自燃。本专利技术制作工艺切实可行,制得的Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金具有高强高硬与良好的塑性,耐腐蚀性与力学性能较好,性质稳定,具有广阔的发展与应用前景。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1为本专利技术的原始元素的扫描电镜图;图2为本专利技术的合金化粉末的扫描电镜图;图3为本专利技术的烧结后块体的扫描电镜图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。实施例实施例1:Fe10Co10Ni10Mn10Cu5高熵合金的制备工艺,具体操作如下:步骤(1):根据Fe10Co10Ni10Mn10Cu5的原子百分比称取Fe、Co、Ni、Mn和Cu粉末,并混合均匀,然后将混合粉末放入球磨罐中,球磨罐的球磨介质为硬质合金球,球料比为20:1,球磨机的转速为40r/min,球磨时间1.5h。步骤(2):待球磨结束并冷却后,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,其中球磨球的转速为180r/min,球磨时间0.6h,干燥温度为50℃,干燥时间为5h。步骤(3):干燥结束后,取出粉末,然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Fe10Co10Ni10Mn10Cu5高熵合金,其中真空气氛炉烧结的工艺参数为:烧结设备:气氛箱式炉烧结温度:1200℃保温时间:4h烧结压力:20Mpa升温速率:5℃/min经烧结制得φ20X18致密的合金锭,对该成分的合金的力学性能进行分析。实验结果表明该新型合金在室温下的平均硬度可达414HV。实施例2Fe10Co10Ni10Mn10Cu10高熵合金的制备工艺,具体操作如下:步骤(1):根据Fe10Co10Ni10Mn10Cu10的原子百分比称取Fe、Co、Ni、Mn和Cu粉末,并混合均匀,然后将混合粉末放入球磨罐中,球磨罐的球磨介质为硬质合金球,球料比为20:1。球磨机的转速为100r/min,球磨时间0.5h。步骤(2):待球磨结束并冷却后,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,取出进行干燥,其中球磨球的转速为60r/min,球磨时间2h,干燥温度为70℃,干燥时间为2h。步骤(3):干燥结束后,取出粉末,然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Fe10Co10Ni10Mn10Cu10高熵合金,其中真空气氛炉烧结的工艺参数为:烧结设备:气氛箱式炉烧结温度:1300℃保温时间:4h烧结压力:10Mpa升温速率:5本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种Fe‑Co‑Ni‑Mn‑Cu高熵合金材料,其特征在于,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。

【技术特征摘要】
1.一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料,其特征在于,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。2.一种制备权利要求1所述的Fe-Co-Ni-Mn-Cu高熵合金材料的制备工艺,其特征在于,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。步骤(3):干燥结束后,取出粉末,然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。3.根据权利要求书2所述的制备Fe-Co...

【专利技术属性】
技术研发人员:雷卫宁张文杰邓瑶李小平张扬王洪金
申请(专利权)人:江苏理工学院
类型:发明
国别省市:江苏,32

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