[发明专利]高熵合金CoCrFeMnNi及其雾化制粉法制取工艺

说明书

本发明涉及一种高熵合金CoCrFeMnNi及其雾化制粉法制取工艺，制取工艺的步骤为：(1)将等物质的量的Fe、Co、Ni、Cr和Mn元素单质小块用中频感应炉熔炼得到CoCrFeMnNi合金棒料；(2)将所述CoCrFeMnNi合金棒料用电极感应熔化气体雾化法制得CoCrFeMnNi高熵合金粉末；最终制得的高熵合金CoCrFeMnNi无显微偏析；平均粒度为36μm；粒度范围为15‑53μm；整体形貌圆润；呈现单一FCC相，球形度无明显粘连粉末。本发明的工艺简单，产品性能优良，解决了现有技术制备的高熵合金CoCrFeMnNi混杂不匀、有显微偏析、颗粒较大、粒度偏差较大、球形度有部分粘连粉末等问题。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高熵合金CoCrFeMnNi及其雾化制粉法制取工艺，具体地说是涉及一种混杂均匀、无显微偏析且颗粒细小的高熵合金CoCrFeMnNi及其电极感应熔化气体雾化法制取工艺。

背景技术

高熵合金又名“多主元高熵合金”，通常是由五种或五种以上的金属或非金属元素组成，各元素成分等摩尔比或接近等摩尔比，经过熔炼或其它方法制备所得，区别于传统合金，高熵合金各组元的元素含量均比较大。近等摩尔比使得高熵合金的混合熵远大于传统合金，相组成一般为简单的固溶体。高熵合金没有单个合金元素占主导地位，而是几个主元共同作用，使合金表现出“四大效应”：高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及鸡尾酒效应。大量的固溶元素阻碍了晶体中位错的移动，对合金起到固溶强化的效果，同时晶格畸变效应和缓慢扩散效应使得合金中析出弥散的纳米结构相，这对位错起到强烈的钉扎作用，进一步提高合金的力学性能。若合金中析出非晶质，由于非晶态合金中没有位错运动现象，导致合金滑移变形更加困难，结果必然使合金的强度增大。这些因素共同作用使得高熵合金表现出高硬度、高强度等优良的力学性能。同时，高熵合金作为新型的合金系，因其具有高强度、高硬度、高耐磨性、抗高温氧化、耐腐蚀性等一系列优越的性能具有广泛的应用前景。

机械合金化是一种非平衡态下的粉末固态合金化技术，是指金属或合金粉末颗粒在高能球磨机中通过与磨球及球罐长时间相互作用，使其经受反复的变形、冷焊、破碎、细化，交替形成含不同原始元素混合物的高度变形粒子层，并不断暴露新鲜表面，在粉末颗粒中原子相互扩散或发生固态反应，达到元素间原子级合金化的复杂物理化学过程。虽然机械合金化法已经制备了多种高熵合金：如CoCrFeMnNi、AlCrCuFeTiZn，但是得到的合金粉体粒度较大，约为75μm左右，且有研究表明机械合金化法存在球磨时间长、颗粒球形度差、所制粉体易受污染等缺点。

电弧熔炼是指利用电极和坩埚两极间电弧放电产生的高温作为金属熔化热源，之后在坩埚内冷凝成型的工艺过程。由于高熵合金含有多种元素组分，且不同于传统合金，各元素成分等摩尔比或接近等摩尔比，这也导致其对于熔炼时金属液的均匀成都有较高的要求。对于电弧熔炼法，由于其是电弧单热源，金属液搅动主要依靠温度对流、表面张力、电弧力等的复合作用，搅动程度较小，因此在进行高熵合金制备时，往往需要进行多次反复的倒转熔炼，并事后对高熵合金棒料进行均匀化处理，步骤繁琐且制备周期较长。

目前常用的制粉方法有破碎法、理化法以及雾化法。破碎法和理化法制备的粉末形状一般为多边形、角形或者树枝形，如要使其转变为球形粉末，需要进行额外的球化处理，工艺复杂且耗时；雾化法可以直接制备得到球形粉末，是目前球形粉末制备的首选方法。