一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高熵合金材料领域，公开了一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料及其制备方法。本发明专利技术的AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料按照原子百分比包含Al：10％‑20％，Cr：10％‑20％，Fe：10％‑20％，Ni：10％‑20％，Si：10％‑20％，Ti：10％‑20％，采用元素粉末的反应合成方法，制备AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料，以各主元的元素粉末为原料，在制备过程中仅需要加入少量的润滑剂，能耗低，成本低；充分利用元素之间的偏扩散引起的Kirkendall效应来生成孔隙，孔结构的可控性较好，而且不需要加入造孔剂，不存在后续脱除造孔剂的问题，具有短流程和高性能的特点。

A porous material of alcrfenisiti high entropy alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料及其制备方法
本专利技术涉及高熵合金材料领域，具体是涉及一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料及其制备方法。
技术介绍
金属多孔材料作为当前广泛应用的无机多孔材料，主要包括FeNiCr不锈钢多孔材料、FeCrAl合金抗高温多孔材料、Ni基合金多孔材料以及Ti基合金多孔材料等。这些传统的金属多孔材料采取单一主元+合金化组元的材料设计方式，如FeNiCr不锈钢和FeCrAl合金以Fe为主元，其他元素为合金化组元。高熵合金(HighEntropyAlloy,HEA)与传统的金属材料相比具有明显的材料优势。与传统金属材料的单主元+合金化组元的材料设计方式不同，高熵合金采用5个及以上的多主元设计，每个主元的含量在5-35％范围内，具有典型的热力学上的高熵效应。在物相组成方面，高熵合金可以表现出单一固溶体，或者多相合金的特征。高熵合金具有结构上的晶格畸变效应，动力学上的迟滞扩散效应，以及性能上的鸡尾酒效应。通过系统的材料设计和制备工艺研究，高熵合金可以具有良好的力学性能，包括良好的强度和韧性，以及优异的抗高温性能和抗腐蚀性能。当前，高熵合金主要采用熔铸法制备，这种方法难以制备高熵合金多孔材料。针对高熵合金多孔材料的制备，研究者提出先采用雾化法制备出高熵合金预合金粉末，再通过后续压制、烧结的方式制备多孔体。这种方法由于需要将多种主元金属熔化并雾化制粉，具有高能耗的特点。而且预合金粉末的压制性能较差，压制过程往往需要加入大量的成形剂，造成脱除过程中大量排放的问题。同时，该方法制备多孔材料过程中，其孔隙的形成只能来源于粉末颗粒之间的间隙空间，因此在制备过程中往往需要加入造孔剂，存在后续脱除的问题，具有较长工序和较高成本。
技术实现思路
为了克服上述
技术介绍
的不足，本专利技术提出了一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料及其制备方法，该方法采用元素粉末的反应合成方法制备AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料。本专利技术AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料中Al、Cr元素可以起到增强合金抗高温氧化性能的作用，Fe、Ni元素可以起到提高材料力学性能的作用，Si、Ti元素可以起到增强合金抗腐蚀性能的作用。多个主元元素协同作用，赋予该体系的多孔高熵合金良好的材料性能，在苛刻环境的过滤领域和电极领域具有良好的应用前景。此外，本专利技术的方法以各主元的元素粉末为原料，成本低廉，并且具有较好的压制性能，在制备过程中仅需要加入少量的润滑剂，具有低能耗和低成本的特点。而且，采用元素粉末之间的反应制备合金材料，可以充分利用元素之间的偏扩散引起的Kirkendall效应来生成孔隙，孔结构的可控性较好，不需要加入造孔剂，不存在后续脱除造孔剂的问题，具有短流程和高性能的特点。为达到本专利技术的目的，本专利技术的AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料按照原子百分比包含Al：10％-20％，Cr：10％-20％，Fe：10％-20％，Ni：10％-20％，Si：10％-20％，Ti：10％-20％。优选地，所述AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料按照原子百分比包含Al：10％-15％，Cr：15％-20％，Fe：15％-20％，Ni：15％-20％，Si：10％-15％，Ti：15％-20％。为达到本专利技术的目的，本专利技术还提供了一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)成分配比：采用Al、Cr、Fe、Ni、Si、Ti元素粉末为原料，按照Al：10％-20％，Cr：10％-20％，Fe：10％-20％，Ni：10％-20％，Si：10％-20％，Ti：10％-20％的原子百分比配比混料；(2)粒度配比：主元元素中，Al、Ti的粉末粒度最粗，粒度范围为-200目；Cr、Si的粉末粒度中等，粒度范围为-325目；Fe、Ni的粉末粒度最细，粒度范围为-400目；(3)物料混合：将各主元元素粉末放入混料机进行混合；(4)加润滑剂：在混合好的粉末中加入润滑剂，加入后在真空干燥箱中干燥；(5)冷压成形后真空烧结：真空烧结中加热采用四阶段烧结工艺，第一阶段温度为120-250℃，保温时间为30-60分钟，升温速率控制在15-20℃/min，真空度控制在10-2-10-1Pa；第二阶段温度为350-500℃，保温时间为60-120分钟，升温速率控制在5-15℃/min，真空度控制在10-3-10-2Pa；第三阶段温度为550-700℃，在该阶段温度范围内可设1个及以上的保温平台，总的保温结时间为240-600分钟，升温速率控制在1-5℃/min，真空度控制在10-3-10-2Pa；第四阶段温度为900-1200℃，保温时间为180-480分钟，升温速率控制在1-5℃/min，真空度控制在10-3-10-2Pa；(6)随炉冷却：烧结完成后，随炉冷却至室温。进一步地，所述步骤(1)中按照Al：10％-15％，Cr：15％-20％，Fe：15％-20％，Ni：15％-20％，Si：10％-15％，Ti：15％-20％的原子百分比配比混料。进一步地，所述步骤(3)中混料机为V型混料机，混料气氛采用惰性气体保护，混料时间为8-72小时。进一步地，所述步骤(4)中加入占粉末质量百分比1-3％的润滑剂。进一步地，所述步骤(4)中润滑剂为硬脂酸。进一步地，所述步骤(4)中采用硬脂酸酒精溶液的方式加入润滑剂。进一步地，所述步骤(4)中干燥温度60-70℃，时间30-240分钟。进一步地，所述步骤(5)中采用模压或冷等静压方式压制，压力为80-350MPa。本专利技术所述四阶段烧结工艺中第一阶段主要去除坯体粉末颗粒表面吸附的氧化性气体，第二阶段主要脱除润滑剂，以及进一步净化粉末颗粒表面，第三阶段主要利用Al、Si等元素的快速扩散在坯体中生成Kirkendall孔隙，同时抑制体系中可能存在的高温自蔓延反应，第四阶段主要实现各个主元元素之间的充分扩散，完成材料的成分和物相的均匀化。本专利技术的有益效果包括但不限于以下三方面：1.采用元素粉末的反应合成方法，制备AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料，以各主元的元素粉末为原料，成本低廉，并且具有较好的压制性能，在制备过程中仅需要加入少量的润滑剂，具有低能耗和低成本的特点；2.充分利用元素之间的偏扩散引起的Kirkendall效应来生成孔隙，孔结构的可控性较好，而且不需要加入造孔剂，不存在后续脱除造孔剂的问题，具有短流程和高性能的特点；3.提出制备AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料，Al、Cr元素可以增强合金抗高温氧化性能，Fe、Ni元素可以提高材料力学性能，Si、Ti元素可以增强合金抗腐蚀性能，多个主元元素协同作用，赋予该体系的多孔高熵合金良好的材料性能，在苛刻环境的过滤领域和电极领域具有良好的应用前景。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料，其特征在于，所述AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料按照原子百分比包含Al：10％-20％，Cr：10％-20％，Fe：10％-20％，Ni：10％-20％，Si：10％-20％，Ti：10％-20％。/n

【技术特征摘要】
1.一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料，其特征在于，所述AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料按照原子百分比包含Al：10％-20％，Cr：10％-20％，Fe：10％-20％，Ni：10％-20％，Si：10％-20％，Ti：10％-20％。


2.根据权利要求1所述的AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料，其特征在于，所述AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料按照原子百分比包含Al：10％-15％，Cr：15％-20％，Fe：15％-20％，Ni：15％-20％，Si：10％-15％，Ti：15％-20％。


3.一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)成分配比：采用Al、Cr、Fe、Ni、Si、Ti元素粉末为原料，按照Al：10％-20％，Cr：10％-20％，Fe：10％-20％，Ni：10％-20％，Si：10％-20％，Ti：10％-20％的原子百分比配比混料；
(2)粒度配比：主元元素中，Al、Ti的粉末粒度最粗，粒度范围为-200目；Cr、Si的粉末粒度中等，粒度范围为-325目；Fe、Ni的粉末粒度最细，粒度范围为-400目；
(3)物料混合：将各主元元素粉末放入混料机进行混合；
(4)加润滑剂：在混合好的粉末中加入润滑剂，加入后在真空干燥箱中干燥；
(5)冷压成形后真空烧结：真空烧结中加热采用四阶段烧结工艺，第一阶段温度为120-250℃，保温时间为30-60分钟，升温速率控制在15-20℃/min，真空度控制在10-2-10-1Pa；第二阶段温度为350-500℃，保温时间为60-120分钟，升温速率控制在5-15℃/min，真空度控制在10-3-10-2Pa；第三阶段温度为550-700℃，在该阶段温度范围内可设1...

【专利技术属性】
技术研发人员：江垚，贺跃辉，高海燕，王重贺，沈波涛，干庆展，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43