一种Y2O3增强CoCrFeNiMn高熵合金及其制备方法

本发明涉及金属材料，具体为一种y2o3增强cocrfenimn高熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、学者叶均蔚提出不同于单一主元的设计方式，对近等摩尔原子比的五种及以上元素作为主组元的合金进行探究，开创了不同以往的高熵合金领域。高熵合金的固溶体结构简单，并不像其他合金存在金属间化合物，因此具有与众不同的效应：高熵效应(从热力学角度提出的特性)、迟滞扩散效应(从动力学方面提出的特性)、晶格畸变效应(从结构的含义提出的特性)、“鸡尾酒效应”(从性能的特点提出的特性)。

2、氧化物弥散强化钢（ods钢）因其优异的力学性能、高温稳定性及抗辐照性能，有望成为第四代核反应堆的第一壁包壳材料以及高温结构材料。而高熵合金具有良好的组织稳定性、高温抗氧化性、耐辐照性能等优异的性能，在航空航天、石油化工、海洋工程以及铁路交通等领域具有巨大的应用潜力。但ods钢使用传统方法加工成形困难、无法制备出复杂结构。粉末增材制造作为一种近净成形技术，在制备高熵合金上有优势，能够有效避免成分偏析，制备出组织和金相相对均匀稳定的，晶粒尺寸较小的材料，向高熵合金中添加纳米氧化物，通过纳米氧化物的弥散强化作用可以提高高熵合金在室温和高温下的综合力学性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种y2o3增强cocrfenimn高熵合金及其制备方法，通过使用等离子弧增材制造技术制备y2o3增强cocrfenimn高熵合金块体，通过添加氧化物弥散强化的方式调整cocrfenimn高熵合金中的晶粒尺寸，制得y2o3增强cocrfenimn高熵合金。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、在第一方面，本发明提供了一种y2o3增强cocrfenimn高熵合金，所述合金由y2o3粉末和co、cr、fe、ni、mn金属粉末制成，其中co、cr、fe、ni、mn金属元素为等摩尔比，y2o3粉末在总混合粉末中的质量占比不超过1%。

4、优选地，在以上合金中，co、cr、fe、ni、mn金属粉末的纯度高于99.5%，各种金属粉末材料的粒度在150~250目之间，y2o3粉末的纯度高于99.9%，粒径不超过100nm。

5、在第二方面，本发明提供了一种y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、取金属元素等摩尔比的co、cr、fe、ni、mn金属粉末，再取y2o3粉末，将金属粉末与y2o3粉末混合，其中y2o3粉末在合金总质量中占比不超过1%；

7、s2、混合粉末送入球磨机进行球磨；

8、s3、从球磨罐中取出球磨完成后的混合粉末，真空干燥后储存待用；

9、s4、清理用于沉积的基板，去除基材表面上的氧化层、杂质和污渍；

10、s5、将以上步骤中获得的干燥备用混合粉末放入等离子弧增材制造设备的送粉罐中，设定好合适的沉积路径和沉积参数后，运行设备在基板材料上进行逐层沉积，直至沉积到所需高度，得到高熵合金块体。

11、优选地，在以上方法中，在沉积过程中还包括：

12、s6、在每一层沉积完成后，去除成型表面的氧化层，而后进行下一层沉积，直至沉积到所需高度，得到高熵合金块体。

13、优选地，所用的co、cr、fe、ni、mn金属粉末的纯度高于99.5%，各种金属粉末材料的粒度在150~250目之间，y2o3粉末的纯度高于99.9%，粒径不超过100nm。

14、优选地，球磨机的设置为：采用氧化铝研磨球，氧化铝研磨球和混合粉末的质量比为1:3，球磨机设置为循环的运行方式，运行总时间设置为10个小时。

15、进一步，所述金属粉末放入球磨罐内后，在研磨混合的10小时内，保持向球磨罐中充入足够的氩气作为混合过程中的保护气，所述氩气用于防止混合粉末在球磨混合的过程中发生氧化变质。

16、优选地，所述等离子弧增材制造设备在沉积y2o3增强cocrfenimn高熵合金中设置的参数如下：沉积电流为90a；粉转速为30r/min；离子气流量为3～4l/min；保护气流量为12～15l/min；送粉器流量为3～4l/min；等离子焊枪工作速度为400mm/min，整个沉积过程中使用的离子气、保护气、送粉气均为氩气。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过将co、cr、fe、ni、mn五种金属合金粉末按照原子比1:1:1:1:1球磨均匀混合、真空干燥后配置成y2o3增强cocrfenimn高熵合金粉末，并通过粉末等离子弧等增材制造工艺制备y2o3增强cocrfenimn高熵合金，经过氧化物弥散强化后的cocrfenimn高熵合金的晶粒得到细化、cocrfenimn的高熵合金性能得到提升，具有较强的高温拉伸性能；此外本发明提供的这种y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，具有简单高效的优点，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种y2o3增强cocrfenimn高熵合金，其特征在于，所述合金由y2o3粉末和co、cr、fe、ni、mn金属粉末制成，其中co、cr、fe、ni、mn金属元素为等摩尔比，y2o3粉末在总混合粉末中的质量占比不超过1%。

2.如权利要求1所述的y2o3增强cocrfenimn高熵合金，其特征在于，co、cr、fe、ni、mn金属粉末的纯度高于99.5%，各种金属粉末材料的粒度在150~250目之间，y2o3粉末的纯度高于99.9%，粒径不超过100nm。

3.一种y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，其特征在于，在沉积过程中还包括：

5.如权利要求3所述的y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，其特征在于，所用的co、cr、fe、ni、mn金属粉末的纯度高于99.5%，各种金属粉末材料的粒度在150~250目之间，y2o3粉末的纯度高于99.9%，粒径不超过100nm。

6.如权利要求3所述的y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，其特征在于，球磨机的设置为：采用氧化铝研磨球，氧化铝研磨球和混合粉末的质量比为1:3，球磨机设置为循环的运行方式，运行总时间设置为10个小时。

7.如权利要求6所述的y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，其特征在于，所述金属粉末放入球磨罐内后，在研磨混合的10小时内，保持向球磨罐中充入足够的氩气作为混合过程中的保护气，所述氩气用于防止混合粉末在球磨混合的过程中发生氧化变质。

8.如权利要求3所述的y2o3增强cocrfenimn高熵合金的制备方法，其特征在于，所述等离子弧增材制造设备在沉积y2o3增强cocrfenimn高熵合金中设置的参数如下：沉积电流为90a；粉转速为30r/min；离子气流量为3～4l/min；保护气流量为12～15l/min；送粉器流量为3～4l/min；等离子焊枪工作速度为400mm/min，整个沉积过程中使用的离子气、保护气、送粉气均为氩气。

技术总结
本发明提供了一种Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;增强CoCrFeNiMn高熵合金及其制备方法，所述合金由Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末和Co、Cr、Fe、Ni、Mn金属粉末组成，本发明通过将等摩尔比的Co、Cr、Fe、Ni、Mn五种金属合金粉末球磨均匀混合、真空干燥后配置成Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;增强CoCrFeNiMn高熵合金粉末，并通过粉末等离子弧等增材制造工艺制备Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;增强CoCrFeNiMn高熵合金。经过氧化物弥散强化后的CoCrFeNiMn高熵合金的晶粒得到细化、CoCrFeNiMn的高熵合金性能得到提升，具有较强的高温拉伸性能；此外本发明提供的这种Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;增强CoCrFeNiMn高熵合金的制备方法，具有简单高效的优点，应用前景广阔。

技术研发人员：彭康,谈俊杰,陈希章,张浩权
受保护的技术使用者：温州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8