一种VCrNbMoW难熔高熵合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料及其制备领域，具体为一种vcrnbmow难熔高熵合金材料及其制备方法。

技术背景

当前，传统合金体系的发展应用已几近饱和，已传统的合金设计理念很难再开发出新的材料体系。高熵合金在材料领域被认为是合金化理论的创新。高熵合金以其结构简单，性能优越以及较大的应用潜力在材料工程方面备受人们关注。高熵合金指组元数不少于5种，各组元的含量为等摩尔比或近等摩尔比，且形成高熵固溶的一类合金。

高熵合金块体材料的传统制备方法为中高频感应炉加热和熔铸法等，此类方法对组元具有选择性，对于部分组元通过熔炼法难以或不能使合金元素形成合金化。

本发明采用了机械合金化和放电等离子烧结相结合。通过高能摆振式球磨罐对难熔金属粉末的球磨，粉末颗粒发生极大的塑性变形，引起晶格强烈畸变，这种畸变将使难熔金属粉末间的固溶度大幅度扩展，甚至合成亚稳态的过饱和固溶体。通过放电等离子烧结，将制备的高熵合金粉末快速烧结成型，从而形成高致密度的高熵合金材料。

技术实现要素：

本发明的目的是开发一种兼具高熔点与优异力学性能的合金材料，此高熵合金结构为单一体心立方，熔点高，压缩强度大，硬度高。

本发明的技术方案是：

一种vcrnbmow难熔高熵合金材料，组元由纯度均为99.9％以上的v、cr、nb、mo、w各单质粉末以等摩尔比或近等摩尔比混合组成。

所述的vcrnbmow难熔高熵合金的制作方法包括以下步骤：

步骤一：将v、cr、nb、mo、w各单质粉末以等摩尔比或近等摩尔比混合；

步骤二：采用高速摆振式球磨罐对混合后的原料进行高能球磨20小时；

步骤三：对已合金化的高熵合金粉末取适量于石墨模具中，然后置于放电等离子烧结腔中烧结得vcrnbmow难熔高熵合金。

所述的vcrnbmow难熔高熵合金，制备此合金时，机械合金化前应先将含称取好的v、cr、nb、mo、w单质粉末置于混粉机上充分混合以至均匀。

所述的vcrnbmow难熔高熵合金的制备方法，为防止粉末之间、粉末与球磨罐之间发生冷焊，向球磨罐中加入工艺过程控制剂乙醇，且用量为粉末总量的3％(wt)。

所述的vcrnbmow难熔高熵合金的制备方法，为防止因高速球磨而使磨球附着在球磨罐上一起转动降低球磨效果，从而采用摆振式球磨。

所述的vcrnbmow难熔高熵合金的制备方法，为保证合金化，所述球磨罐转速控制在1200r/min。

所述的vcrnbmow难熔高熵合金的制备方法，烧结温度1200℃，烧结腔抽真空，烧结过程保持恒压30mpa。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明中配方的vcrnbmow高熵合金具有单一体心立方结构，表现出高强度和高硬度，具有优异的室温及高温力学性能。

2、本发明的vcrnbmow高熵合金制备方法将机械合金化与放电等离子烧结技术相结合，制备过程无污染，低能耗，可近净成型。

3、本发明的vcrnbmow高熵合金制备方法使得在固相下较难互溶的金属在室温状态下就能生成高熵固溶体，可以突破合金平衡固溶度的极限。

附图说明

图1为本发明实施例中vcrnbmow高熵合金球磨20h后的xrd图谱。

图2为v、cr、nb、mo、w粉末经球磨前后的xrd对比图。

其中1#为球磨前的v、cr、nb、mo、w粉末；2#为球磨5h；3#为球磨10h；4#为球磨20h。v、cr、nb、mo、w粉末经球磨处理后，峰形逐渐宽化，强度降低，点阵常数逐渐靠拢，球磨20h后，各强峰合并，固溶体形成。

具体实施方式

以下通过具体实施例和附图更为详细的说明本发明，但下面具体描述内容仅为示例性而非限制性，不应限制本发明的保护范围。

实施例

1、制备vcrnbmow高熵合金的关键步骤如下：

1)配方设计：本发明选用v、cr、nb、mo、w高纯(≥99.9％)单质粉末，按等摩尔比称量后置于混粉机上充分混合以至均匀。

2)粉末合金化：采用摆振式球磨罐对混合好的粉末进行高能球磨，球磨罐为不锈钢材料，球磨介质选用不同直径的氧化锆珠，向球磨罐中加入工艺过程控制剂乙醇，且用量为粉末总量的3％(wt)，球磨罐转速控制在1200r/min，球磨时间20h。

3)放电等离子烧结：对已合金化的高熵合金粉末取适量于石墨模具中，然后置于放电等离子烧结腔中烧结，烧结温度1200℃，烧结腔抽真空，烧结过程保持恒压30mpa。

2、合金的结构分析及性能表征；

1)x射线衍射测试及分析

xrd分析采用d8advance型衍射仪对不同球磨时间的粉末进行物相分析，扫描步长2θ＝0.02deg，扫描速度为2°/min，扫描范围10～80°。由图2对比图可以分析出，机械合金化前，v、cr、nb、mo、w混合粉末中各元素的衍射峰尖锐而分散，随球磨时间延长，部分衍射峰强度降低甚至消失，峰形逐渐宽化，晶格点阵常数逐渐靠拢，球磨20h后，各强峰合并，固溶体形成。

2)合金显微硬度分析

首先将烧结的样品依次在240目、400目、1500目、3000目的金刚石磨盘预磨抛光。然后采用mh-5l型维氏显微硬度计测试样品硬度，实验加载载荷为1000g,保持10s。样品随机测试9个点，去除最大值和最小值，剩余7个点求平均值作为最后的硬度值，最终合金硬度测试结果为3536.7hv。

不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种VCrNbMoW难熔高熵合金材料的配方及其制备方法，其高熵合金的材料配方由V、Cr、Nb、Mo、W各单质粉末以近等摩尔比混合组成，制备方法为：按等摩尔比称取纯度不低于99.9％(wt)的V、Cr、Nb、Mo、W单质粉末并混合，将混合后的金属粉末至于高速摆阵式球磨罐中经机械合金化，此时制得高熵合金粉末，将适量高熵合金粉末装入石墨模具中并置于放电等离子烧结腔中抽真空，烧结温度1200℃，烧结过程保持恒压30MPa，烧结完毕后随炉冷却。本发明中配方的高熵合金具有单一体心立方结构，表现出高强度和高硬度，具有优异的室温及高温力学性能，制备过程无污染，低能耗，机械合金化后的高熵合金粉末可近净成型应用前景广阔。

技术研发人员：董应虎;钟永录;张瑞卿;方俊晓;孙文;陈庆军;叶志国
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2018.12.27
技术公布日：2019.04.16