一种微纳米磁性高熵合金吸波材料及其制备方法

本发明属于吸波材料，具体为一种微纳米磁性高熵合金吸波材料及其制备方法。

背景技术：

1、在无线通讯、手机、电视、微波炉以及卫星信号等快速发展带给人们便利的同时，也产生了过量的电磁波，引起了大量的电磁污染问题，例如干扰电子设备、造成信息泄露、损害人体免疫功能等。为了缓解甚至消除电磁污染，吸波材料的研制成为了关键。吸波材料是一类能将经过的电磁波吸收，并通过磁、电损耗转换为热能的功能型材料。传统吸波材料，如铁氧体、钛酸钡、碳系吸波材料等，吸波性能强，但自身力学性能不足，或者在应用于高温、易氧化、易腐蚀这样的极端环境下时性能不够稳定、这也限制了传统吸波材料在工程领域的应用范围。

2、高熵合金是一种由五种或五种以上的元素组成的多元合金体系，由于自身具有高强高硬、耐磨、耐高温以及优异的抗腐蚀性，在吸波材料研究领域备受重视。通常机械合金化制得的铁钴镍基高熵合金由于粒径小，磁损耗大而呈现出较好的吸波性能。然而，从目前对高熵合金吸波性能的研究结果来看，其弊端也十分明显：第一，为了达到具有较高吸波性能所需的亚微米级粒径，在制备高熵合金时通常需要机械合金化球磨70～90h左右，这一方面延长了制备周期，降低了生产效率，另一方面长时间球磨后的粉末中由于非晶相的形成和累积，反而不利于高熵合金在单相状态下保持稳定；第二，高熵合金虽然具有优异的机械性能和环境适应性，但作为单一组分材料，仍然存在着吸收频带窄，吸波性能不够强的缺点。为了解决这一问题，研究学者们将高熵合金与其他材料，例如石墨烯、环氧树脂等组成二元、三元或以上且具有复杂结构的多层次复合材料，虽然达到了增强吸波性能、拓宽吸收频带的目的，但制备成本高昂、工艺技术复杂、可复制性极低，只能用于实验室研究，无法真正在工业上推广应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的传统吸波材料力学性能不足、无法应用于极端环境，以及高熵合金吸波材料的制备周期较长，吸波性能不足的问题，本发明选用高熵合金作为吸波材料，通过常温+低温球磨工艺，在短时间内将粉末粒径减小到了微纳米级别，提高了高熵合金吸波性能，使得制备出的细化扁平状的微纳米磁性高熵合金吸波材料兼具良好的力学性能与吸波性能。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：

3、一种微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1.配料：选用fe、co、ni、cr、cu粉为原材料，将各原材料粉末按比例混合均匀，其中fe、co、ni、cr、cu的摩尔比为1：1：1.5：1：1；

5、s2.常温球磨：将混合后的粉末置于球磨罐中，加入锆球，然后将球磨罐抽真空，使用行星式球磨机进行常温球磨；

6、s3.低温球磨：常温球磨后再次向球磨罐中加入锆球，然后将球磨罐抽真空，向球磨罐外壁持续通液氮并进行低温球磨，得到细化扁平状的feconi1.5crcu高熵合金粉末；烘干捣碎成平均粒径为2μm的feconi1.5crcu高熵合金粉末。

7、进一步地，s1中fe、co、ni、cr、cu粉纯度均大于99.9％。

8、进一步地，s2中的常温球磨参数为：球料比为6：1，球磨机转速为300r/min，常温球磨时间为40h，过程控制剂选用无水乙醇；整个常温球磨过程中每30min间歇5min。

9、进一步地，s3中的低温球磨参数为：球料比为10：1，球磨机转速为600r/min，低温球磨时间为8h；低温球磨后将得到的细化扁平状的feconi1.5crcu高熵合金粉末放入真空干燥箱进行干燥，干燥温度为75℃，干燥时间为24～30h。

10、上述制备方法制备出的微纳米磁性高熵合金吸波材料，其特征在于，所述feconi1.5crcu高熵合金粉末为不规则的微纳米级片状颗粒，微观上呈现出单相fcc的面心立方结构，反射损耗最低为-20db，有效吸波频带为3ghz。

11、进一步地，还包括s4.物理改性的步骤；所述物理改性的方法为磁场处理和/或深冷处理；

12、所述磁场处理为将s3中制得的feconi1.5crcu高熵合金粉末置于高频脉冲磁场发生装置中进行磁化处理；

13、所述深冷处理为将s3中制得的feconi1.5crcu高熵合金粉末置于真空袋中，抽真空后浸没在-196℃的液氮中进行改性处理；

14、所述磁场处理和深冷处理为将s3中制得的feconi1.5crcu高熵合金粉末浸入装有-196℃液氮的保温容器内，然后把保温容器置于高频脉冲磁场发生装置置中进行磁场-深冷协同改性处理。

15、进一步地，单独磁场处理时的磁感应强度为4t，脉冲数为20、40、60、80中的一种，分别对应施加脉冲磁场时间为10min、20min、30min和40min。

16、进一步地，单独深冷处理的时间为24～48h。

17、进一步地，所述磁场-深冷协同处理时的磁感应强度为4t，协同处理时间为2～12h。

18、上述制备方法制备出的微纳米磁性高熵合金吸波材料，其特征在于，制得的微纳米磁性高熵合金的最低反射损耗为-48db～-33db，有效吸波频带为3～13.5ghz。

19、本发明选用fe、co、ni、cr、cu机械合金化形成稳定的单相磁性高熵合金，首先通过常温+液氮低温球磨细化粉末粒度，进而提高吸波性能。其次对粒度细化的合金粉末施加深冷低温场、脉冲磁场，或深冷磁场协同处理，旨在调节介电损耗和磁损耗两大方面的性能，从而二次提高吸波性能。

20、有益效果

21、1.本发明选用的fe、co、ni、cr、cu五种元素原子尺寸接近，电负性相差不大，将磁性金属ni元素摩尔比调整为1.5倍，既可保持高混合熵以形成稳定单一体心立方结构，又可直接增强高熵合金的磁损耗，提高磁性能，使得后续优化处理的效果更明显。

22、2.本发明采用“常温+低温混合球磨”工艺制备微纳米磁性高熵合金粉体，可缩短制备周期，在短时间内能够将粉末粒径减小到微纳米级别，避免了长时间常温球磨后引起的非晶相的生成。球磨后的微纳米磁性高熵合金粉体为大长径比的片状粉体，表面缺陷密度大，以这些缺陷作为极化位点能够提高极化损耗，强化吸波性能。同时由于高熵合金的强化作用，使得制备出的微纳米磁性高熵合金粉体兼具良好的力学性能与吸波性能。

23、3.本发明后续采用的优化处理包括磁场处理和/或深冷处理，采用的磁场处理能够释放球磨后颗粒内部部分残余应力，提高稳定性，同时改变样品内部矫顽力和饱和磁化强度，调节对其变化敏感的磁导率虚部，与材料介电常数有效互补可改善阻抗匹配度，增强自身吸波能力。深冷处理能够改善材料在ku波段(12～18ghz)的吸收性能，延长了吸波频带宽度，同时改变样品结晶度、晶体缺陷等组织特征，调节对其变化敏感的磁性能、电阻率和电导率，增强材料自身的磁损耗和介电损耗。磁场-深冷协同处理可同时发挥磁场和深冷改性的优势，从而进一步提高高熵合金的吸波性能。

技术特征：

1.一种微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，s1中fe、co、ni、cr、cu粉纯度均大于99.9％。

3.根据权利要求1所述的微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，s2中的常温球磨参数为：球料比为6：1，球磨机转速为300r/min，常温球磨时间为40h，过程控制剂选用无水乙醇；整个常温球磨过程中每30min间歇5min。

4.根据权利要求1所述的微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，s3中的低温球磨参数为：球料比为10：1，球磨机转速为600r/min，低温球磨时间为8h；低温球磨后将得到的细化扁平状的feconi1.5crcu高熵合金粉末放入真空干燥箱进行干燥，干燥温度为75℃，干燥时间为24～30h。

5.根据权利要求1所述的微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，还包括s4.物理改性的步骤；所述物理改性的方法为磁场处理和/或深冷处理；

6.根据权利要求5所述的微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，单独磁场处理时的磁感应强度为4t，脉冲数为20、40、60、80中的一种，分别对应施加脉冲磁场时间为10min、20min、30min和40min。

7.根据权利要求5所述的微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，单独深冷处理的时间为24～48h。

8.根据权利要求5所述的微纳米磁性高熵合金吸波材料的制备方法，其特征在于，所述磁场-深冷协同处理时的磁感应强度为4t，协同处理时间为2～12h。

9.根据权利要求1～4中任一项制备方法制备出的微纳米磁性高熵合金吸波材料，其特征在于，所述feconi1.5crcu高熵合金粉末为不规则的微纳米级片状颗粒，微观上呈现出单相fcc的面心立方结构，反射损耗最低为-20db，有效吸波频带为3ghz。

10.根据权利要求5～8中任一项制备方法制备出的微纳米磁性高熵合金吸波材料，其特征在于，制得的微纳米磁性高熵合金的最低反射损耗为-48db～-33db，有效吸波频带为3～13.5ghz。

技术总结
本发明提供了一种微纳米磁性高熵合金吸波材料及其制备方法，属于吸波材料技术领域，包括以下步骤：①称量Fe、Co、Ni、Cr、Cu粉并混合均匀；②采用行星式球磨机进行常温球磨；③向球磨罐外壁持续通液氮并进行低温球磨；④对球磨后的合金粉末进行脉冲磁场处理和/或深冷处理，得到微纳米磁性高熵合金吸波材料。本发明选用Fe、Co、Ni、Cr、Cu机械合金化形成稳定的单相磁性高熵合金，通过常温+液氮低温球磨细化粉末粒度，强化吸波性能，同时借助高熵合金的强化作用，使得制备出的高熵合金吸波材料兼具优异的力学性能与吸波性能。

技术研发人员：李桂荣,赵欢,王宏明
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12