一种高耐蚀的非晶高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高耐蚀的非晶高熵合金及其制备方法，该高熵合金按该高熵合金按原子分数：Fe：15％～20％、Cr：7～15％、Al：7～15％、Cu：2～8％、Ni：20％～27％、Si：25％～35％。本发明专利技术主要利用机械合金化非平衡制备工艺，将金属和非金属(铁粉、铬粉、铝粉、铜粉、镍粉和硅粉)按照一定比例均匀混合后研磨，形成非晶高熵合金粉末。在晶化温度以下，将非晶高熵合金粉末进行超高压固结，冷却至室温，最终获得高硬度、耐腐蚀的大块非晶高熵合金。该大块非晶高熵合金硬度达到1100～1120HV，抗腐蚀能力远远超过304L不锈钢，能够满足特殊场合的使用需求。

High corrosion resistant amorphous high entropy alloy and preparation method thereof

The invention discloses a high corrosion resistance amorphous high entropy alloy and its preparation method, the high entropy alloy in the high entropy alloy by atomic fraction: Fe:15% ~ 20%, Cr:7 ~ 15%, Al:7 ~ 15%, Cu:2 ~ 8%, Ni:20% ~ 27%, Si:25% ~ 35%. The invention is mainly by mechanical alloying of non-equilibrium preparation process, the metal and non metal (iron powder, chromium powder, aluminum powder, copper powder, nickel powder and silica fume) according to a certain proportion of mixed grinding, the formation of amorphous high entropy alloy powder. Under the crystallization temperature, the amorphous high entropy alloy powder was subjected to ultrahigh pressure consolidation and cooled to room temperature. Finally, a high hardness and corrosion resistant bulk amorphous high entropy alloy was obtained. The hardness of the bulk amorphous high entropy alloy reaches 1100 ~ 1120HV, and the corrosion resistance is much higher than that of 304L stainless steel. It can meet the demand of special occasions.

【技术实现步骤摘要】
一种高耐蚀的非晶高熵合金及其制备方法
本专利技术属于合金材料
，具体涉及一种高硬度、耐腐蚀的大块非晶高熵合金及其制备方法。
技术介绍
大块非晶合金没有晶态材料的长程有序,因而不存在影响合金性能的空位、位错、层错、晶界等缺陷，具有优异的力学性能。同时，大块非晶合金在结构和成分上都比晶态合金更均匀,因而具有更高的抗腐蚀性能。由于诸多的优异特点，大块非晶材料在机械、通讯、航空航天、汽车工业、化学工业、运动器材乃至国防军事上具有广泛的应用潜力。因而大块非晶材料一直是材料研究中的一个热门研究领域，研发合适的工艺获取大块非晶材料是材料研究工作者的长期努力目标。然而，大块非晶材料主要是通过液态金属直接快速凝固的方式进行制备的。虽然液态金属快速凝固法在直接制备大块非晶材料方面比较有吸引力，但是这些方法只能应用在那些非晶形成能力极强的合金系中，并且所制备的合金样品的最大尺寸限制在几十mm以下。因此，为了克服液态金属直接凝固法制备大块非晶材料在尺寸上受到的限制，利用非晶粉末来制备大块非晶将是一条重要的途径。
技术实现思路
本专利技术提供一种高硬度、耐腐蚀的大块非晶高熵合金及其制备方法，该方法制备的大块非晶高熵合金具有优异的腐蚀性能和较好的力学性能，达到了高硬度、耐腐蚀高熵合金的要求。为达到上述目的，本专利技术采用的如下技术方案：一种高耐蚀的非晶高熵合金，按该高熵合金按原子分数：Fe：15％～20％、Cr：7～15％、Al：7～15％、Cu：2～8％、Ni：20％～27％、Si：25％～35％，其余为杂质。一种高耐蚀的非晶高熵合金的制备方法，1、将铁粉、铬粉、铝粉、铜粉、镍粉和硅粉配制并混合均匀后装入棒磨罐中，同时将振动棒磨机的棒磨罐抽真空至-0.8～-0.95MPa，然后向其中充入保护气体(氩气)，将混合粉体机械研磨25～35h，其中设置振动棒磨机的转速为800～1000rmp/min，振幅10～15mm，长度为500～600mm不锈钢棒作为棒磨介质，棒料比为50:1～70:1。2、研磨结束后将振动棒磨机的棒磨罐抽真空至-0.8～-0.95MPa，然后向其中充入无水乙醇，其中充入的无水乙醇的体积为振动棒磨机内棒磨罐容积的10～15％。继续研磨30～40min后将非晶态高熵合金粉末取出。3、将粉末静置20～30h后滤去上层清液，置于真空干燥箱中。其中，首先将干燥箱抽真空至-0.8～-0.95MPa，然后升温至70～75℃干燥8～12h，得到非晶态高熵合金粉末，将该粉末真空封装保存。4、在晶化温度以下，利用超高压固结技术将非晶态高熵合金粉末制备成大块非晶快材。具体如下：1)在金刚石模具腔体内表面铺放一层石墨纸，形成还原性环境，同时有利于超高压固结后顺利取样。2)将制得的非晶态高熵合金粉末装入金刚石模具中，经过振实粉末，放入高压六面顶压机进行超高压固结。3)在进行超高压固结时，在室温下升压至1～2GPa并保压10～30min，然后升高压强至4～5GPa，再以10～20℃/min的升温速度升温至300～375℃，并在该条件下热压固结0.5～1.0h。4)固结完成后自然冷却至室温并卸至常压，从金刚石模具中取出试样，得到非晶态高熵合金块材。相对于现有技术，本专利技术具有有益效果和创新之处在于：本专利技术即通过机械合金化将金属和非金属(铁粉、铬粉、铝粉、铜粉、镍粉和硅粉)按照一定比例均匀混合后研磨，干燥研磨产物，得到非晶态高熵合金粉末；在晶化温度以下，将非晶态高熵合金粉末进行超高压固结，冷却至室温，即可获得高硬度、耐腐蚀的大块非晶高熵合金。本专利技术使用的合金元素价格相对低廉，制备工艺简单，操作方便，其核心步骤包括机械合金化制备非晶态高熵合金粉末和非晶态高熵合金粉末超高压固结，最终获得大块非晶高熵合金。该方法制备的高硬度、耐腐蚀的大块非晶高熵合金具有较好的力学性能和优异的腐蚀性能，且远优于市面的304不锈钢，耐腐蚀性能提高40％以上，能够满足特殊场合的使用需求。本专利技术还具有以下优点：1)所选用的合金化元素价格低廉，没有一些较贵的元素，譬如铌、钴、锆、银等。2)利用自制振动棒磨机经过机械合金化，实现了常规方法无法替代的制备非晶合金的新方法，特别是机械合金化制备非晶合金粉末更易于快速凝固工艺，可以在室温下实现合金化过程。3)利用六面顶压机进行超高压固结的方式制备大块非晶块材，其工艺简单，操作方便，在烧结过程中保持了块材的非晶状态。4)将机械合金化与超高压固结相结合，实现大块非晶块材的制备。打破了传统液态金属直接凝固法制备非晶材料在尺寸上受到的限制，同时节约经济成本。5)制备的非晶态高熵合金块材腐蚀性能远大于应用广泛的304不锈钢，同时保持较高的强度。附图说明图1为机械合金化制备的非晶态高熵合金粉末XRD图谱。图2为超高压固结制备的非晶态高熵合金块材XRD图谱。图3为超高压固结制备的非晶态高熵合金块材TEM分析。(a)非晶高熵合金块材明场图像；(b)当选区电子衍射对应(a)图。图4为非晶态高熵合金和标准304不锈钢在3.5％NaCl溶液中的极化曲线。图5为非晶态高熵合金和标准304不锈钢在3.5％NaCl溶液中的阻抗。具体实施方式本专利技术制备的高硬度、耐腐蚀的大块非晶高熵合金，其关键在于选择合适的合金化元素种类和相对含量，制备方法的核心在于将机械合金化与超高压固结相结合，通过机械合金化实现铁元素、铬元素、铝元素、铜元素、镍元素和硅元素的非晶化。在晶化温度以下，利用粉末冶金的超高压固结将非晶态高熵合金粉末固结成型并保持非晶相，从而获得高硬度、耐腐蚀的大块非晶高熵合金块材。下面利用附图和实施例对本专利技术做详细说明，所述是对本专利技术的解释，而非限制。实施例1：1、按该高熵合金按原子分数：Fe：15％～20％、Cr：7～15％、Al：7～15％、Cu：2～8％、Ni：20％～27％、Si：25％～35％，其余为杂质。将铁粉、铬粉、铝粉、铜粉、镍粉和硅粉配制并混合均匀后装入棒磨罐中，同时将振动棒磨机的棒磨罐抽真空至-0.8MPa，然后向其中充入保护气体(氩气)，将混合粉体机械研磨28h。其中设置振动棒磨机的转速为900rmp/min，振幅15mm，长度为550mm不锈钢棒作为棒磨介质，棒料比为60:1。2、研磨结束后将振动棒磨机的棒磨罐抽真空至-0.8MPa，然后向其中充入无水乙醇，其中充入的无水乙醇的体积为振动棒磨机内棒磨罐容积的10％。继续研磨30min后将非晶态高熵合金粉末取出。3、将粉末静置24h后滤去上层清液，置于真空干燥箱中。其中，首先将干燥箱抽真空至-0.8MPa，然后升温至70℃干燥12h，得到非晶态高熵合金粉末，由图1可以证实，将该粉末真空封装保存。4、在晶化温度以下，利用超高压固结技术将非晶态高熵合金粉末制备成大块非晶快材，由图2和图3可以证实。具体如下：1)在金刚石模具腔体内表面铺放一层石墨纸，形成还原性环境，同时有利于超高压固结后顺利取样。2)将制得的非晶态高熵合金粉末装入金刚石模具中，经过振实粉末，放入高压六面顶压机进行超高压固结。3)在进行超高压固结时，在室温下升压至2GPa并保压10min，然后升高压强至5GPa，再以10℃/min的升温速度升温至350℃，并在该条件下热压固结0.5h。4)固结完成后自然冷却至室温并卸至常压，从金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐蚀的非晶高熵合金，其特征在于，该高熵合金按原子分数计为：Fe：15％～20％、Cr：7～15％、Al：7～15％、Cu：2～8％、Ni：20％～27％、Si：25％～35％，其余为杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高耐蚀的非晶高熵合金，其特征在于，该高熵合金按原子分数计为：Fe：15％～20％、Cr：7～15％、Al：7～15％、Cu：2～8％、Ni：20％～27％、Si：25％～35％，其余为杂质。2.根据权利要求1所述一种高耐蚀的非晶高熵合金，其特征在于，组成的元素粉末为铁粉、铬粉、铝粉、铜粉、镍粉和硅粉，其纯度均≥99.9％，粒度均为200目，经过机械合金化直接获得非晶态高熵合金粉末，再经过超高压固结制备而成。3.一种高耐蚀的非晶高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将铁粉、铬粉、铝粉、铜粉、镍粉和硅粉按照以上配比混匀，经自制振动棒磨机中棒磨25～35h，对振动棒磨机抽真空，然后向其中充入无水乙醇，继续研磨30～40min后湿取产物，形成非晶高熵合金粉末，其中设置振动棒磨机的转速为800～1000rmp/min，振幅10～15mm，长度为500～600mm不锈钢棒作为棒磨介质，棒料比为50:1～70:1；2)将产物静置后滤去上层清液，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：席生岐，杨喜岗，周赟，郑良栋，孙崇锋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61