CN109763057A - 一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料及其制备方法 Download PDF

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彭勇
张文杰
李小平
王泽�
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Abstract

本发明公开了一种Fe‑Co‑Ni‑Mn‑Cu‑B‑C高熵合金材料及其制备方法，属于高熵合金技术领域，为了解决高熵合金强度弱的问题，该高熵合金材料包括Fe、Co、Ni、Mn、Cu五种金属元素和B、C两种非金属元素；其中，金属元素Fe、Co、Ni、Mn、Cu按原子比1:1:1:1:1配置，非金属元素B和C占整个合金材料总质量的0.3％～0.5％配置合金粉末。本发明通过将五种金属元素和两种非金属元素机械合金化，使多元素的相互固溶形成成分均匀的合金，先机械合金化和后烧结的方式制得的Fe‑Co‑Ni‑Mn‑Cu‑B‑C高熵合金具有较高的塑性和强度。

Description

一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高熵合金材料及其制备方法，特别是涉及一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料及其制备方法，属于高熵合金技术领域。
背景技术
“高熵合金”的概念由台湾学者叶均蔚与1995年提出，主要用于工具、刀具、磨具、马达的磁芯、油压气压杆、高频变压器及高温的耐热材料和微机电材料等。高熵合金含有多种主要元素，其中每种主元素都含有较高的摩尔分数，一般在5％到35％之间，研究发现合金中金属元素种类越多，越易产生金属间化合物，使合金性能变差，塑性和强度变弱。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有技术中高熵合金塑性和强度弱的问题，而提供一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料，包括Fe、Co、Ni、Mn、Cu五种金属元素和B、C两种非金属元素；其中，金属元素Fe、Co、Ni、Mn、Cu按原子比1:1:1:1:1配置，非金属元素B和C占整个合金材料总质量的0.3％～0.5％配置合金粉末。
按重量份数计，该合金材料包括如下成分：
纯Fe粉26份；
纯Co粉27份；
纯Ni粉28份；
纯Mn粉25份；
纯铜粉29份；
纯B粉和纯C粉各0.27份。
纯Fe粉、纯Co粉、纯Ni粉、纯Mn粉、纯铜粉、纯B粉和纯C粉的单质粉末颗粒大小均为325目，粉末氧含量均低于0.1％，氮含量均低于0.05％。
一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置合金粉末
将Fe、Co、Ni、Mn、Cu五种金属元素和B、C两种非金属元素混合均匀；
步骤2：对合金粉末进行球磨初步机械合金化
将步骤1中配置好的合金粉末放置于行星式球磨机中进行初步机械合金化；
步骤3：烧结球磨后的合金粉末
将步骤2中球磨后的合金粉末放入高温气氛熔炼炉中进行烧结，制成Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金。
步骤1中，五种金属元素Fe、Co、Ni、Mn、Cu的量按原子序数比1:1配置，两种非金属元素B和C的量占总量的0.3％～0.5％，所述七种单质粉末颗粒大小均为325目，所述单质粉末氧含量均低于0.1％，氮含量均低于0.05％。
步骤2中，每个行星式球磨机含有若干个球磨罐，在每个球磨罐中放入直径大小为5～20mm，重量为1～3kg的不锈钢球，每个球磨罐放入合金粉末的重量为200～500g，球磨时间为2～5h，球磨机转速为200～500r/min。
步骤2中，在球磨开始前往球磨罐中加入无水乙醇，加入量为200ml。
步骤2中，在球磨完成后，将混合物放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为50℃～100℃，干燥时间为2～3h。
步骤3中，高温气氛熔炼炉中的保护气为氩气，升温速率为5℃/min，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结压力为0.02MPa，保温时间3～5h，降温速率为3℃/min。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料及其制备方法，通过将五种金属元素和两种非金属元素机械合金化，使多元素的相互固溶形成成分均匀的合金，先机械合金化和后烧结的方式制得的高熵合金具有较高的塑性和强度。
附图说明
图1为本发明单质Cu金属颗粒的形貌的SEM图；
图2为本发明球磨后Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金颗粒形貌的SEM图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本实施例提供的Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配置合金粉末
将Fe、Co、Ni、Mn、Cu五种金属元素和B、C两种非金属元素混合，其中五种金属元素的量按原子序数比1：1配置，非金属元素B和C占总质量的0.42％配置合金粉末，用电子天平称取纯Fe粉26g、纯Co粉27g、纯Ni粉28g、纯Mn粉25g、纯铜粉29g，纯B和C粉各0.27g，将称取的粉末颗粒混合放置于试样带中，一共配置4份；
步骤2：对合金粉末进行球磨初步机械合金化
将步骤1中配置好的合金粉末放置于行星式球磨机中进行初步机械合金化，机器为行星式球磨机，每个球磨罐中放入直径大小为5、10、15、20mm的不锈钢球，四个球磨罐分别放入配置好的300g合金粉末,再加入200ml的无水乙醇，开始球磨，时间为2h，球磨机转速为200r/min，完成后，将球磨后混合物放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为2.5h；
步骤3：烧结球磨后的合金粉末
将步骤2中干燥后的合金粉末放入处理过的石墨坩埚中，放入高温气氛熔炼炉中，抽真空至-0.06MPa，向炉中冲入保护气体氩气恢复炉内压力至正压，循环上述抽真空过程三次，设置烧结程序如下：先升温到300℃，保温半小时，再升温到1200℃，速率都为5℃/min，之后保温4小时，再降至常温，降温速率为3℃/min，升温和降温气压保持早0.03MPa，经上述步骤烧结成的Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金具有较高的塑性和强度。
在本实施例中，结合图1和图2所示，图1为单质Cu金属颗粒的形貌的SEM图，图2为球磨后Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金颗粒形貌的SEM图，通过将五种金属元素和两种非金属元素机械合金化，使多元素的相互固溶形成成分均匀的合金，先机械合金化和后烧结的方式制得的高熵合金具有较高的塑性和强度。
本实施例制备的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料具有较高的塑性和强度。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料，其特征在于，包括Fe、Co、Ni、Mn、Cu五种金属元素和B、C两种非金属元素；其中，金属元素Fe、Co、Ni、Mn、Cu按原子比1:1:1:1:1配置，非金属元素B和C占整个合金材料总质量的0.3％～0.5％配置合金粉末。
2.如权利要求1所述的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料，其特征在于，按重量份数计，该合金材料包括如下成分：
纯Fe粉26份；
纯Co粉27份；
纯Ni粉28份；
纯Mn粉25份；
纯铜粉29份；
纯B粉和纯C粉各0.27份。
3.如权利要求1所述的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料，其特征在于，纯Fe粉、纯Co粉、纯Ni粉、纯Mn粉、纯铜粉、纯B粉和纯C粉的单质粉末颗粒大小均为325目，粉末氧含量均低于0.1％，氮含量均低于0.05％。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：配置合金粉末
将Fe、Co、Ni、Mn、Cu五种金属元素和B、C两种非金属元素混合均匀；
步骤2：对合金粉末进行球磨初步机械合金化
将步骤1中配置好的合金粉末放置于行星式球磨机中进行初步机械合金化；
步骤3：烧结球磨后的合金粉末
将步骤2中球磨后的合金粉末放入高温气氛熔炼炉中进行烧结，制成Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金。
5.如权利要求4所述的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，五种金属元素Fe、Co、Ni、Mn、Cu的量按原子序数比1:1配置，两种非金属元素B和C的量占总量的0.3％～0.5％，所述七种单质粉末颗粒大小均为325目，所述单质粉末氧含量均低于0.1％，氮含量均低于0.05％。
6.如权利要求4所述的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，每个行星式球磨机含有若干个球磨罐，在每个球磨罐中放入直径大小为5～20mm，重量为1～3kg的不锈钢球，每个球磨罐放入合金粉末的重量为200～500g，球磨时间为2～5h，球磨机转速为200～500r/min。
7.如权利要求6所述的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，在球磨开始前往球磨罐中加入无水乙醇，加入量为200ml。
8.如权利要求7所述的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，在球磨完成后，将混合物放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为50℃～100℃，干燥时间为2～3h。
9.如权利要求4所述的一种Fe-Co-Ni-Mn-Cu-B-C高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，高温气氛熔炼炉中的保护气为氩气，升温速率为5℃/min，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结压力为0.02MPa，保温时间3～5h，降温速率为3℃/min。
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