一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法技术

本发明专利技术提出一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法，采用化学共沉淀的方法，以低成本的化学试剂为原料，经过陈化、抽滤、干燥制得FeCoNi中熵合金前驱体，将前驱体放入高温球磨机，在机械合金化过程中，伴随着磨球对物料的研磨、细化、均混，产生大量的活性位点，降低还原过程的化学反应活化能，激发低温化学反应，减少能量消耗；另外，在一个设备中完成煅烧、还原、合金化三个过程，一机多用，大大缩短了工艺流程，减少杂质的引入。因此本发明专利技术满足低成本、低能耗、短流程、少杂质制备FeCoNi中熵合金的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法
本专利技术涉及合金材料制备
，具体涉及一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法。
技术介绍
材料在人类历史的发展中扮演着重要的角色，而金属材料更是人类生活中不可或缺的物质。小到针，大到航空母舰，都需要金属材料。进入工业革命之后，单一组分的金属材料已经无法满足人们对金属材料性能的需求，因此人们通过金属之间化合形成合金，来优化金属材料性能。根据熵值的大小，可以把合金分为低熵合金、中熵合金、高熵合金。与低熵合金相比，中熵和高熵合金由于包含多种组元，种类繁多，成分复杂，因而中熵和高熵合金具有许多异于低熵合金的特殊性能。然而近年来研究人员发现虽然高熵合金的性能优异，但是从性价比的角度来对比，由于高熵合金所含组元较中熵合金多，高熵合金的性价比并不如中熵合金高，因此在满足性能要求的前提下，中熵合金在一定程度上可以替代高熵合金。FeCoNi中熵合金作为一种新型功能性材料，因其独特的物理、化学性能，在电催化、硬质合金、磁性材料等领域都有应用。中国专利(CN110576185A)公开了一种纳米晶高熵合金粉末的制备方法，利用钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、锰粉、铝粉、钛粉混合后进行机械球磨制备纳米晶高熵合金粉末。中国专利(CN110205537A)将铝粉，钛粉，镁块或粒，锂块或粒，进行混合；然后放入球磨罐中，将球磨罐抽成真空或充惰性保护气体；进行球磨，形成单相面心立方结构的高熵合金粉末。中国专利(CN109913717B)借助机械合金化将金属和非金属(铝粉、铜粉、铬粉、铁粉、镍粉和硅粉)按照一定比例均匀混合后进行合金化，经过干燥合金粉末，成功地制备出单相固溶体高熵合金粉末。在上述技术中，制备高熵合金粉末使用的原料基本都是采用纯金属单质粉末，借助传统球磨机进行机械合金化，使得纯金属单质粉末固溶形成高熵合金粉末。中熵合金粉末的制备方法与高熵合金粉末基本类似，即采用纯金属单质粉末做为机械合金化的原料，而纯金属单质粉末售价非常昂贵。根据市场售价显示：2021年高纯铁粉4万元/吨左右，高纯钴粉售价30万元/吨左右，高纯镍粉13万元/吨左右，如此高昂的价格，再加之中熵合金组元较多，这使得FeCoNi中熵合金粉末的制备成本非常高，进而导致FeCoNi中熵合金的生产应用大大受限。赵文东等人(赵文东,徐骏,郭宏,等.利用共沉淀—共还原方法制备FeNi27Co3触媒粉的研究[J],超硬材料工程,2009,21(5),37-43)利用化学共沉淀—共还原方法制备FeNi27Co3触媒粉，首先使用化学试剂为原料共沉淀制备前驱体粉末，然后煅烧前驱体制备金属氧化物复合粉末，再在650℃下通入氢气还原制备合金粉末，最后进行机械合金化。根据市场售价显示：2021年氯化铁、硫酸铁和硝酸铁3500元/吨左右，氯化钴、硫酸钴和硝酸钴售价5万元/吨左右，氯化镍、硫酸镍和硝酸镍3.5万元/吨左右。在上述技术中，原材料使用化学试剂替代纯金属单质粉末，节约了成本，但还原温度比较高，能耗较大，且工艺流程长，易于引入杂质。综上所述，在制备FeCoNi中熵合金过程中，使用传统球磨机存在着原料成本高、能耗大、流程长、易于引入杂质的问题。因此亟需开发一种低成本、低能耗、短流程、少杂质制备FeCoNi中熵合金的方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法，采用化学共沉淀的方法，以低成本的化学试剂为原料，经过陈化、抽滤、干燥制得FeCoNi中熵合金前驱体，将前驱体放入高温球磨机，在机械合金化过程中，伴随着磨球对物料的研磨、细化、均混，产生大量的活性位点，降低还原过程的化学反应活化能，激发低温化学反应，减少能量消耗；另外，在一个设备中完成煅烧、还原、合金化三个过程，一机多用，大大缩短了工艺流程，减少杂质的引入。因此本专利技术满足低成本、低能耗、短流程、少杂质制备FeCoNi中熵合金的要求。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法，具体步骤如下：(1)配制等摩尔比目标合金母液：将等物质的量的铁源、钴源和镍源溶解到蒸馏水中，进行超声分散处理后得到目标合金母液。(2)FeCoNi中熵合金前驱体的制备：使用蠕动泵以5～20mL/min的滴加速度将沉淀剂滴加至步骤(1)所得目标合金母液中，在机械搅拌的同时调节pH值为9～12，经过陈化10～40h达到化学共沉淀的效果，生成复合氢氧化物，再将复合氢氧化物进行抽滤、干燥，得到FeCoNi中熵合金前驱体；(3)FeCoNi中熵合金粉末的制备：将步骤(2)得到的前驱体加入到高温球磨机中，设定球磨温度为400～700℃，球磨时间为10～40h、球料比为8～20:1，设备启动前进行抽真空处理，运行过程中通入还原性气体，经高温球磨结束后生成FeCoNi中熵合金粉末；(4)FeCoNi中熵合金的制备：将步骤(3)得到的FeCoNi中熵合金粉末装入石墨模具中，设定烧结温度为990～1100℃，升温速率为45～55℃/min，温度到达990～1100℃后保温5～15min，烧结过程中保持35～45MPa恒定轴向压力，烧结完成后随炉冷却得到FeCoNi中熵合金。优选地，所述步骤(1)中所使用的铁源、钴源和镍源来自分析纯化学试剂：FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O，Fe2(SO4)3·9H2O、CoSO4·7H2O、NiSO4·6H2O，Fe(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O中的一种或多种任意搭配。优选地，所述步骤(2)中蠕动泵设定的滴加速度为10mL/min。优选地，所述步骤(2)中沉淀剂为NaHCO3溶液、NaCO3溶液、氨水、尿素、NaOH溶液和KOH中的一种或多种任意搭配。优选地，所述步骤(2)中调节pH值为10，陈化时间为20h。优选地，所述步骤(2)中使用抽滤机对复合氢氧化物进行抽滤，然后将滤饼放入干燥箱中，设定干燥温度为80～110℃，保温时间为10～20h。优选地，所述步骤(2)中使用抽滤机对复合氢氧化物进行抽滤，然后将滤饼放入干燥箱中，设定干燥温度为90℃，保温时间为10h。优选地，所述步骤(3)中高温球磨机设定球磨温度为500℃，球磨时间为20h、球料比为12:1。优选地，所述步骤(3)中还原性气体为CO或H2。优选地，所述步骤(4)中设定烧结温度为1000℃，升温速率为50℃/min，温度到达1000℃后保温10min，烧结过程中保持40MPa恒定轴向压力。本专利技术具有以下有益效果：(1)与现有使用传统球磨机制备中熵合金粉末以纯金属单质粉末为原料的技术相比，本专利技术使用高温球磨机以商用分析纯化学试剂代替纯金属单质粉末为原料，打破了原料的局限性，大大降低了原料成本；另外，在机械合金化过程中，伴随着磨球对物料的研磨、细化、均混，产生大量的活性位点，从动力学上对还原过程起到促进作用，降低化学反应的活化能，激发低温化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法，其特征在于：具体步骤如下：/n(1)配制等摩尔比目标合金母液：将等物质的量的铁源、钴源和镍源溶解到蒸馏水中，进行超声分散处理后得到目标合金母液。/n(2)FeCoNi中熵合金前驱体的制备：使用蠕动泵以5～20mL/min的滴加速度将沉淀剂滴加至步骤(1)所得目标合金母液中，在机械搅拌的同时调节pH值为9～12，经过陈化10～40h达到化学共沉淀的效果，生成复合氢氧化物，再将复合氢氧化物进行抽滤、干燥，得到FeCoNi中熵合金前驱体；/n(3)FeCoNi中熵合金粉末的制备：将步骤(2)得到的前驱体加入到高温球磨机中，设定球磨温度为400～700℃，球磨时间为10～40h、球料比为8～20:1，设备启动前进行抽真空处理，运行过程中通入还原性气体，经高温球磨结束后生成FeCoNi中熵合金粉末；/n(4)FeCoNi中熵合金的制备：将步骤(3)得到的FeCoNi中熵合金粉末装入石墨模具中，设定烧结温度为990～1100℃，升温速率为45～55℃/min，温度到达990～1100℃后保温5～15min，烧结过程中保持35～45MPa恒定轴向压力，烧结完成后随炉冷却得到FeCoNi中熵合金。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)配制等摩尔比目标合金母液：将等物质的量的铁源、钴源和镍源溶解到蒸馏水中，进行超声分散处理后得到目标合金母液。
(2)FeCoNi中熵合金前驱体的制备：使用蠕动泵以5～20mL/min的滴加速度将沉淀剂滴加至步骤(1)所得目标合金母液中，在机械搅拌的同时调节pH值为9～12，经过陈化10～40h达到化学共沉淀的效果，生成复合氢氧化物，再将复合氢氧化物进行抽滤、干燥，得到FeCoNi中熵合金前驱体；
(3)FeCoNi中熵合金粉末的制备：将步骤(2)得到的前驱体加入到高温球磨机中，设定球磨温度为400～700℃，球磨时间为10～40h、球料比为8～20:1，设备启动前进行抽真空处理，运行过程中通入还原性气体，经高温球磨结束后生成FeCoNi中熵合金粉末；
(4)FeCoNi中熵合金的制备：将步骤(3)得到的FeCoNi中熵合金粉末装入石墨模具中，设定烧结温度为990～1100℃，升温速率为45～55℃/min，温度到达990～1100℃后保温5～15min，烧结过程中保持35～45MPa恒定轴向压力，烧结完成后随炉冷却得到FeCoNi中熵合金。


2.根据权利要求1所述的低成本短流程制备FeCoNi中熵合金的方法，其特征在于：所述步骤(1)中所使用的铁源、钴源和镍源来自分析纯化学试剂：FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O，Fe2(SO4)3·9H2O、CoSO4·7H2O、NiSO4·6H2O，Fe(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O中的一种或多种任意搭配。


3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵青，都基军，刘承军，李文杰，姜茂发，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21