一种核壳结构高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种核壳结构高熵合金及其制备方法，包括具有核壳结构显微组织的粉体及块体高熵合金，核壳结构中的“核”为微米级的晶粒，晶粒尺寸在5μm

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种核壳结构高熵合金及其制备方法，属于结构材料领域。

技术介绍

[0002]由多种主元素在较高浓度下混合形成的合金称为高熵合金。目前高熵合金大多是通过熔炼的方法来制备的，不可避免地在铸锭中存在一些铸造缺陷。要获得高强度的高熵合金，则需要很复杂的工艺对其进行处理：熔炼
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塑性变形(冷轧、热轧、球磨、高压扭转等等)
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退火，之后才能获得细小的晶粒+晶界析出沉淀相+退火孪晶组织，从而提升铸态高熵合金的性能。而粉末冶金法可有效克服铸造缺陷，并且可以显著细化晶粒尺寸，并促进沉淀相的析出，从而达到提升合金的力学强度的目的。但是，采用高能球磨法制备的粉体，内部能量很高，在烧结过程中可能会促进有害相的析出，在提高合金强度的同时严重恶化合金的塑性。

技术实现思路

[0003]本专利技术涉及一种核壳结构高熵合金，所述高熵合金具有核壳结构，具有高屈服强度和高延伸率，力学性能优异，可应用于工业生产中低温结构零件的制造，“核”为微米级的晶粒，晶粒尺寸在5μm
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100μm之间，“壳”的形成是通过球磨等方式将微米级的晶粒细化，在“核”周围原位形成的一层亚微米或者纳米级的晶粒，晶粒尺寸在100nm
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800nm之间。
[0004]优选的，本专利技术所述“核”占体积分数为50%
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90%，“壳”占体积分数为50%
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10%。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供所述的核壳结构高熵合金的制备方法，制备方法高效便捷并且可净近成形，具体步骤如下：（1）将市售的高熵合金粉末按照球料比为10:1
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30:1之间，并放置于球磨罐中，之后填充氩气，以100
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400转/分钟的速度在球磨机上转动5
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100小时，制备核壳结构的高熵合金粉体；（2）将（1）得到的合金粉体置于模具之中，将其烧结成所需形状；即可获得具有核壳结构的块体高熵合金。
[0006]本专利技术所述烧结过程为常规的烧结方法，包括但不限于高温热压烧结、放电等离子烧结、热等静压烧结等方法。
[0007]优选的，本专利技术步骤（2）中烧结成形时炉膛真空度应低于3Pa或者填充惰性气体进行保护，烧结温度根据合金化学成分保持在600
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1700℃之间，烧结使施加的轴向压力或者环境压力应根据情况和实际所需保持在10
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200MPa之间，保温时间应根据情况和实际所需保持在10
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120min之间。
[0008]作为本专利技术的进一步优选，球磨的条件为：球料比为10:1
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15:1，球磨时间为10~50小时。
[0009]本专利技术的原理：本专利技术通过球磨工艺的控制，最终制备出相应的核壳结构材料，具体原理如下：球磨机带动封装在球磨罐中的磨球发生高频率的互相碰撞，同时将夹在磨球
之间的粉末撞击变形，使粉末产生一定程度的塑性变形。球磨本质上是将磨球的动能传递给粉末，使粉末产生形变的一种方法；因从，在球磨过程中，球磨工艺参数，例如：磨球大小、球磨时间、球磨转速、球料比等对核壳结构的形成具有决定性作用。
[0010]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术通过制备具有核壳结构的高熵合金，有效地解决铸态高熵合金强度低的问题。
[0011]（2）本专利技术通过制备具有核壳结构的高熵合金，有效地解决粉末冶金高熵合金塑性差的问题。
[0012]（3）本专利技术中利用控制高能球磨时间，调控高熵合金中“核“与”壳“的比例，从而达到调控合金强度和塑性的目的，具有制备操作简单、高效、适用范围广、性能可控的优点。
附图说明
[0013]图1为核壳结构高熵合金显微结构示意图；图2为实施例的核壳结构合金粉末的扫描电子显微照片；图3为实施例的核壳结构块体合金的扫描电子显微照片；图4为实施例的工程应力应变曲线。
具体实施方式
[0014]本专利技术提供一种核壳结构高熵合金及其制备方法，以下所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术指导原则之内，所做的任何修改、替换等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
[0015]实施例1本专利技术涉及一种核壳结构高熵合金及其制备方法，包括具有核壳结构显微组织的粉体及块体高熵合金，核壳结构中的“核”为微米级的晶粒，晶粒尺寸为4μm，“壳”为纳米级的晶粒，晶粒尺寸为500nm；其中,“核”占体积分数为85%，“壳”占体积分数为15%。
[0016]所述核壳结构高熵合金的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将市售的CrMnFeCoNi高熵合金粉末按照球料比为1:10，放置于球磨罐中，之后填充氩气，以400转/分钟的速度在球磨机上转动10小时，制备核壳结构的高熵合金粉体；（2）将（1）得到的合金粉体置于石墨模具之中，采用放电等离子烧结，炉膛真空度为2Pa，烧结温度为1100℃，施加轴向压力为50MPa，保温时间为15min。
[0017]本实施例制备得到的核壳结构高熵合金粉末形貌如图2所示，其表面变得粗糙，并观察到合金碎片附着在粉末表面，且粉末粒径有所增大。烧结后得到的块体合金组织结构如图3所示，明显产生核壳结构，并且细晶的壳层结构连成网状。当合金产生核壳状的组织结构后，其室温拉伸应力应变曲线如图4所示，屈服强度明显上升，达到480 MPa，提升20%，而延伸率下降幅度不大，仍保持在55%左右。
[0018]实施例2本专利技术涉及一种核壳结构高熵合金及其制备方法，包括具有核壳结构显微组织的粉体及块体高熵合金，核壳结构中的“核”为微米级的晶粒，晶粒尺寸为4μm，“壳”为纳米级的晶粒，晶粒尺寸为300nm。其中,“核”占体积分数为80%，“壳”占体积分数为20%。
[0019]所述核壳结构高熵合金的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将市售的CrMnFeCoNi高熵合金粉末按照球料比为1:10，放置于球磨罐中，之后填充氩气，以200转/分钟的速度在球磨机上转动20小时，制备核壳结构的高熵合金粉体；（2）将（1）得到的合金粉体置于石墨模具之中，采用放电等离子烧结，炉膛真空度为2Pa，烧结温度为1000℃，施加轴向压力为50MPa，保温时间为10min。
[0020]本实施例制备得到的核壳结构高熵合金粉末形貌如图2所示，其表面变得粗糙，并观察到合金碎片附着在粉末表面。
[0021]本实施例制备得到的核壳结构高熵合金粉末形貌如图2所示，其表面变得粗糙，观察到附着在粉末表面的合金碎片相较实施例1更多，且粉末粒径也保持在20μm左右。烧结后得到的块体合金组织结构明显产生核壳结构，与实施例1类似，并且细晶的壳层结构相较实施例1更多、更粗；当合金产生核壳状的组织结构后，其室温拉伸应力应变曲线如图4所示，屈服强度明显上升，达到580 MPa，提升45%，但延伸率下降至42%，降幅较大。
[0022]实施例3本专利技术涉及一种核壳结构高熵合金及其制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构高熵合金，其特征在于：所述高熵合金具有核壳结构，“核”为微米级的晶粒，晶粒尺寸在5μm
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100μm之间，“壳”的形成是通过球磨等方式将微米级的晶粒细化，在“核”周围原位形成的一层亚微米或者纳米级的晶粒，晶粒尺寸在100nm
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800nm之间。2.根据权利要求1所述的核壳结构高熵合金，其特征在于：“核”占体积分数为50%
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90%，“壳”占体积分数为50%
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10%。3.根据权利要求1或2所述的核壳结构高熵合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将市售的高熵合金粉末按照球料比为10:1
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30:1之间，并放置于球磨罐中，之后填充氩气，以100
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【专利技术属性】
技术研发人员：李才巨，肖坤璇，邢辕，高鹏，易健宏，袁倩，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：