[发明专利]一种纳米晶的难熔高熵合金NbMoTaW-Cu复合材料制备方法

说明书

一种纳米晶的难熔高熵合金NbMoTaW‑Cu复合材料制备方法，属于高熵合金和粉末冶金技术领域。该复合材料具有纳米晶结构的NbMoTaW难熔高熵相，并且具有很宽的成分可调控范围。制备方法包括以下步骤：先制备纳米晶NbMoTaW单相合金粉末，将微米级Cu粉与NbMoTaW合金粉末进行行星式球磨均匀混合，然后进行加压烧结。本发明可以获得更加优异的力学性能，扩展双相金属复合材料的应用领域，延长其服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种利用机械合金化和固相烧结制备难熔高熵合金NbMoTaW-Cu复合材料的方法，属于高熵合金和粉末冶金技术领域。

背景技术

W-Cu合金是由两相金属单质均匀混合而成，这两相既不互溶也不形成金属间化合物，是一种典型的假合金。其结合了两种组分金属各自的优异性能，如W的耐高温、高强度、高密度特性和铜的高导电导热性、高塑性等。W-Cu合金的性能还可通过改变其组分比例而加以调节。W-Cu合金所具备的优异性能以及其可调控的特点，使得其在电气、电子以及军事等领域具有广阔的应用前景。但是钨铜合金在服役过程中尤其是高温环境中容易由于变形而失效，这严重影响了其服役寿命、限制了其应用范围。W-Cu合金中的难熔金属相对于力学性能具有更大的贡献程度，因此提高难熔金属相抵抗变形的能力是缓解复合材料变形失效的关键。

高熵合金不同于传统合金，其含有多种以等摩尔或近等摩尔比例混合的主要元素，每种元素的原子百分数约在5％～35％之间。在液态和固溶状态下，高熵合金具有比传统合金显著提高的混合熵，可抑制生成各种复杂的金属间化合物和中间相。由于具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应、性能上的鸡尾酒效应，多主元高熵合金具有超高的强度、良好的耐磨性、高加工硬化能力、耐高温软化和氧化等优异的综合性能，尤其是由难熔金属元素组成的具有体心立方结构的高熵合金，表现出很高的高温强度，这是通过多种组元微合金化制备的传统材料所无法比拟的。

发明内容

本发明即是针对上述W-Cu合金在服役过程中易发生变形失效的难题，提供了一种制备新型难熔高熵合金NbMoTaW-Cu复合材料的方法，以获得具有更加优异的力学性能，扩展其应用领域，延长其服役寿命。

本发明提供的制备NbMoTaW-Cu复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以微米级Nb粉、Mo粉、Ta粉、W粉为原料，按照等原子比配料进行高能振动球磨，磨球与粉末的质量比为15:1～25:1，转速为410～500r/min，球磨时间6～18h，得到NbMoTaW单相合金粉末，将微米级Cu粉与步骤(1)得到的NbMoTaW合金粉末进行行星式球磨，转速为260～400r/min，球磨3～12h后得到NbMoTaW-Cu复合粉末；

(2)将步骤(1)得到的NbMoTaW-Cu复合粉末装入石墨模具后，在放电等离子烧结炉中完成烧结，抽真空当真空度达到2×10^-2Pa以下开始通电流升温，升温速率为70～100℃/min，在升温的同时增加压力，使压力从预设的30-35MPa开始升压，升压速率为8～10MPa/min，当压力达到90～100MPa后保持恒定，但温度升至900～950℃时保温5～15min，保温结束后样品随炉冷却至室温，然后卸压去除产品。

上述步骤(2)中，复合材料中的Cu含量为18～40wt％，具有很宽的可调控范围。

本发明通过固相烧结制备的复合材料中难熔高熵相可保持与粉末粒径相近的尺寸，可通过球料比、球磨转速和球磨时间的工艺参数不同匹配进行调控，平均尺寸可调控范围约为1～10μm。

本发明制备的复合材料中Cu相降低了烧结致密化温度，烧结后由机械合金化获得的难熔高熵相内部依然可以保留细小的晶粒尺寸，可降低至小于100nm。

本技术的特色和技术优势如下：