一种含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法技术

本发明专利技术公开了一种含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法，解决了将超低含量的元素与其它金属元素混合均匀的问题，实现固态下的合金化，获得成分均匀、含量达标、满足设计要求的高熵合金粉末，同时也为其它含超低原子比元素高熵合金粉末的混合提供一种解决思路，推动高熵合金的商业化进程。动高熵合金的商业化进程。动高熵合金的商业化进程。

【技术实现步骤摘要】
一种含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法


[0001]本专利技术涉及一种含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法，属于合金制造领域。

技术介绍

[0002]高熵合金是近年来发展起来的新型合金，其打破传统合金材料单一元素作为主元的设计理念，为多主元合金材料，且每种元素都具有较高的原子分数(5％
‑
35％)。高熵合金成分的可设计性和可调节性有利于其形成独特的微观组织、优异的力学性能，尤其是难熔高熵合金，被人们视为解决高温结构材料高温强度不足、抗氧化/腐蚀能力差的最佳替代材料，因此对其成分的设计与调节一直在不断的研究中。最新的研究显示，在难熔高熵合金里加入非金属元素B、C等可以形成第二相硼化物、碳化物等，提升晶界强度，进而可以优化高熵合金的力学性能，因此该成分设计思路成为目前的主流。
[0003]目前制备高熵合金主要的方法是机械合金化+真空热压烧结，即先制备成高熵合金粉末，再进行烧结。常规的制粉方式将高熵合金组成元素的单质粉末进行高能球磨，在长时间和高速旋转下将球磨机的机械能传递给粉料，粉料在与球磨珠和罐壁的撞击过程中反复破碎与冷焊，从而实现在固态下的均匀化与合金化。但在含超低原子比(≤0.5％)元素的混粉中，若仍采用以上方式进行混粉，易出现混合不均匀、粉料黏模、元素含量不达标等问题，这严重的阻碍了高熵合金发展和商业化进程，该问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术通过设计一种操作简单、高效率的粉末混合方法，让各元素在固态下实现均匀化和合金化，获得成分均匀、含量满足设计要求的含超低原子比元素的高熵合金粉末。
[0005]具体来说，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法，所述含超低原子比元素的高熵合金粉末包含第一成分和第二成分，其中第一成分是包含至少两种金属单质的粉末混合物，第二成分是按原子比计含量不超过0.5％的非金属元素，所述混合方法包括以下步骤：
[0007]步骤1)按该高熵合金粉末中各种元素的原子比计算出各种单质是所需量；
[0008]步骤2)确定第二成分的非金属元素与第一成分的金属元素生成的化合物；
[0009]步骤3)综合步骤1)和步骤2)，确定第一成分中各种金属单质的剩余量，将相应量的第一成分的各种金属单质粉末进行预处理；
[0010]步骤4)将步骤2)中确定的化合物于湿混剂中充分分散，并于其中加入表面活性剂形成混合溶液；
[0011]步骤5)将步骤3)中进行了预处理的第一成分的金属单质粉末与步骤4)的混合溶液一起充分混合，形成含超低原子比元素的高熵合金粉末。
[0012]优选地，第一成分的金属单质粉末的纯度不低于99.9wt％，各元素粉末的初始粒径控制在200～300目之间。
[0013]在一个优选方案中，步骤3)的预处理包括将金属单质粉末放在真空干燥箱中100
‑
200℃保温3
‑
6h，以防止粉末在混合前发生团聚现象。
[0014]在优选方案中，步骤4)中化合物于湿混剂中分散包括将化合物于按重量计10至30倍的湿混剂中搅拌均匀后，放入超声波分散仪中超声处理，处理条件设置为超声频率为20
‑
30KHz，超声时间为15
‑
30min，进行进一步分散，以促进化合物于湿混剂中均匀分散。
[0015]在一个优选方案中，步骤4)中所用的表面活性剂为非离子型表面活性剂，如聚乙二醇、乙二醇、乙醇胺等。
[0016]优选地，步骤5)的混合在惰性氛围下在球磨罐中进行，如在球磨罐中通入Ar气等。进一步，球磨罐中添加球磨珠的球料比为6:1～8:1，球磨珠的材质为不锈钢，球磨珠的直径在50mm
‑
60mm之间。另外优选地，球磨过程在三维混料球磨机中进行，球磨罐倾斜放置在三维混料球磨机中，球磨机的转速设置为80
‑
100r/min，球磨时间为12h
‑
24h。
[0017]在本专利技术的含超低原子比元素的高熵合金粉末中，第二成分的元素为B、C、Si、N、S等非金属元素其中的至少一种。其中，步骤2)的化合物为第一成分中至少一种金属元素的硼化物或碳化物中的至少一种。
[0018]现有高熵合金的混粉技术大部分为机械合金化，即将各元素的单质粉末装填在球磨罐中进行球磨，通过调节球料比、球磨速度、球磨时间等工艺参数来实现各元素粉末间的混合，该方法适合原子比差异不大的高熵合金粉末之间的混合。若在含超低原子比元素高熵合金粉末的混合中，该方法极易造成混粉不均匀及元素含量不达标的问题，尤其是在难熔高熵合金中，目前还没有有效的方法可以解决该问题。本专利技术设计的混粉方法，将超低含量的元素(≤0.5％)与其它金属元素混合均匀，实现固态下的合金化，获得成分均匀、含量达标、满足客户单位设计要求的高熵合金粉末，同时也为其它含超低原子比元素高熵合金粉末的混合提供一种解决思路，推动高熵合金的商业化进程。
附图说明
[0019]图1是本专利技术方法中所用球磨罐在球磨机上进行倾斜式三维旋转的示意图；
[0020]图2是本专利技术的工艺流程示意图。
具体实施方式
[0021]本专利技术是针对含超低原子比元素高熵合金粉末的混合方法，其工艺设计思路及相关步骤、工艺参数等具有以下特点：
[0022](1)以与高熵合金基体金属元素组成的二元化合物形式添加超低原子比元素；
[0023](2)采用湿混的方法将二元化合物提前分散在湿混剂中，并采用超声分散仪其进行均匀化分散，相关工艺参数为：超声频率20
‑
30KHz，超声时间为15
‑
30min；
[0024](3)对高熵合金的金属粉末进行预处理，相关工艺参数为：真空干燥箱中100℃
‑
200℃保温3h
‑
6h；
[0025](4)在化合物与湿混剂组成的混合溶液中，以与湿混剂10:1的比例加入表面活性剂聚乙二醇，以聚乙二醇为代表的非离子型的高分子表面活性剂均纳入保护范围；
[0026](5)金属粉末与混合液在三维混料球磨机中进行倾斜式三维旋转混合，相关工艺参数为：球料比：6:1～8:1，球磨时间：12h
‑
24h，转速：80
‑
100r/min。
[0027]下面本专利技术以NbMoTaW系难熔高熵合金为例，来对本专利技术的方法进行更为具体的说明。
[0028]在以NbMoTaW系难熔高熵合金为实验对象时，为将超低原子比的元素B均匀添加至高熵合金中，使得元素含量满足设计要求，解决NbMoTaWB高熵合金粉末混粉不均匀及含量不达标等问题，且极大提高混粉效率，设计出了一种粉料混合方法，该方法操作简单，能为其它系列含超低原子比元素高熵合金粉末的混合提供一种解决思路。
[0029]本专利技术主要为混粉方法的设计，具体实施方案如下：
[0030](1)以5000g高熵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法，所述含超低原子比元素的高熵合金粉末包含第一成分和第二成分，其中第一成分是包含至少两种金属单质的粉末混合物，第二成分是按原子比计含量不超过0.5％的非金属元素，其特征在于，所述混合方法包括以下步骤：步骤1)按该高熵合金粉末中各种元素的原子比计算出各种单质的所需量；步骤2)确定第二成分的非金属元素与第一成分的金属元素生成的化合物；步骤3)综合步骤1)和步骤2)，确定第一成分中各种金属单质的剩余量，将相应量的第一成分的各种金属单质粉末进行预处理；步骤4)将步骤2)中确定的化合物于湿混剂中充分分散，并于其中加入表面活性剂形成混合溶液；步骤5)将步骤3)中进行了预处理的第一成分的金属单质粉末与步骤4)的混合溶液一起充分混合，形成含超低原子比元素的高熵合金粉末。2.如权利要求1所述的含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法，其特征在于，第一成分的金属单质粉末的纯度不低于99.9wt％，各元素粉末的初始粒径控制在200～300目之间。3.如权利要求1所述的含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法，其特征在于，步骤3)的预处理包括将金属单质粉末放在真空干燥箱中100℃保温3h。4.如权利要求1所述的含超低原子比元素的高熵合金粉末的混合方法，其特征在于，步骤4)中化合物于湿混剂中分散包括将化合物于按重量计10至30倍湿混剂中搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗剑波，余潮革，王晓蓉，武启，于连旭，马步洋，
申请(专利权)人：南京国重新金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：