CN115011827A - 一种NbMoTaWCu高熵合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种NbMoTaWCu高熵合金及其制备方法,属于高熵合金和粉末冶金技术领域。将雾化法制备的NbMoTaW高熵合金粉末与不同质量的微米级Cu粉利用高能球磨机进行机械合金化,转速≥470r/min,球磨6~12h后得到NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金粉末;将得到的NbMoTaWCux高熵合金粉末利用快速热压烧结在压力30~50MPa,温度1100~1400℃下保温5min后随炉冷却,脱模后制备得到NbMoTaWCux块体高熵合金。本发明高熵合金密度有所降低而硬度提高,使合金在轻质化的同时得到强化;为两种衬度的BCC相,同时碳化物在基体上弥散分布。

Description

一种NbMoTaWCu高熵合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用机械合金化及快速热压烧结制备NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金的方法,属于高熵合金和粉末冶金技术领域。
背景技术
高熵合金在2005年由叶均蔚教授提出,其由等摩尔或近等摩尔比例的多种主元组成,每种元素的原子占比约在5%~35%之间,最终形成简单的固溶体相。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以及性能上的鸡尾酒效应,多主元高熵合金具有较高的强度、良好的耐磨性、高加工硬化、耐高温软化以及耐高温氧化等优异性能,这是传统单主元合金所无法比拟的。目前研究的高熵合金可大致分为两类,一类是以Al及第四周期元素Fe、Co、Ni等为主的合金体系,另一类是以难熔金属元素Mo、Ti、V、Nb、Hf、Ta、Cr、W等为主的难熔高熵合金体系。难熔高熵合金主要由高熔点元素组成,这类合金具有更加优异的强度、耐腐蚀性能、耐磨性能及高温抗氧化性能,在高温应用方面具有良好前景。比如最早利用电弧熔炼制备出来的NbMoTaW合金,其室温时屈服强度为1058MPa,随着温度升高强度下降,但在1200℃时屈服强度仍能达到506MPa,因此具有良好的高温服役性能。
固溶强化是高熵合金具有高强度的重要因素,因此可以通过在高熵合金中固溶其它元素来增强固溶强化效果,从而达到强化合金的目的。有相关研究通过粉末冶金的方法制备了NbMoTaW和NbMoTaWV高熵合金,二者的硬度分别为714HV和774HV;而添加V和Ti后利用电弧熔炼方法制备的NbMoTaWVTi高熵合金硬度可达786HV。因此,在难熔高熵合金中固溶适量的其它元素对难熔高熵合金的性能提升有重要作用。而溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大,强化作用越显著,目前的研究对NbMoTaW进行强化的元素主要集中于第三到第七副族。而相比第三到第七副族的元素,第一和第二副族的元素与Nb、Mo、Ta、W四种元素之间的原子尺寸差更大,强烈的原子尺寸差异导致其构成的二元体系表现出不互溶性质,因此第一和第二副族元素有望对NbMoTaW合金的力学性能产生较为明显的效果,但相关研究尚未见报道。
发明内容
本发明即是针对进一步提高NbMoTaW系高熵合金的力学性能,开发出一种新型的NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金,并提出了一种可行的制备方法,以获得具有更加良好的力学性能,扩展其应用领域。
本发明提供的制备NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将雾化法制备的NbMoTaW高熵合金粉末与不同质量的微米级Cu粉利用高能球磨机(如采用GN-2型高能球磨机)进行机械合金化,转速≥470r/min,球磨6~12h后得到NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金粉末;
(2)将步骤(1)得到的NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金粉末利用快速热压烧结在压力30~50MPa,温度1100~1400℃下保温5min后随炉冷却,脱模后制备得到NbMoTaWCux(x=0.2~1)块体高熵合金。
上述步骤(1)中,球磨时间和转速可根据Cu的不同含量进行调整,以使合金化充分进行。
上述步骤(2)中,烧结温度与烧结压力可根据Cu的不同含量进行调整,以使烧结后块体合金成分与粉末一致。
本发明通过粉末冶金方法制备的NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金,其显微组织由两种衬度BCC相和弥散分布的碳化物颗粒组成。
本技术的特色和技术优势如下:
①本发明采用机械合金化制备NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金粉末,利用高熵效应实现不互溶的组元合金化,进而改善材料的力学性能。②本发明的制备方法可以通过调控Cu含量来影响其固溶强化效果,以获得具有不同力学性能的高熵合金。③本发明的工艺路线适用性广,可推广至添加与基体主元具有一定溶解度的元素,也可添加与基体主元不互溶元素并使其过饱和固溶于基体,在烧结冷却过程中从基体中析出细小物相,改善材料力学性能。④本发明制备的NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金相比NbMoTaW合金的密度有所降低而硬度提高,使合金在轻质化的同时得到强化,拓展了其应用范围。⑤本发明制备的NbMoTaWCux(x=0.2~1)高熵合金基体为两种衬度的BCC相,同时碳化物在基体上弥散分布。
附图说明
图1为实施例1中制备得到的NbMoTaWCu0.2高熵合金的显微形貌图;
图2为实施例2中制备得到的NbMoTaWCu0.5高熵合金的显微形貌图;
图3为实施例3中制备得到的NbMoTaWCu高熵合金的显微形貌图;
图4为对比例1中制备得到的NbMoTaW高熵合金的显微形貌图;
图5为实施例1~3中制备得到的NbMoTaWCux(x=0.2~1)与对比例1中制备得到的NbMoTaW高熵合金的密度与硬度比较;
具体实施方式
以下实施例进一步解释了本发明,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
将9.7756g平均粒径为65μm的NbMoTaW高熵合金粉末与0.2244g颗粒尺寸为1μm的Cu粉在手套箱中加入球磨罐,采用GN-2型高能球磨机进行机械合金化,转速为470r/min,球磨时间为6h。将得到的NbMoTaWCu0.2粉末装入石墨模具,随后放入快速热压烧结炉中进行烧结。当烧结室中真空度达到1×10-2Pa以下,开始升温,升温速率为93℃/min,升温同时增加烧结压力,压力达到40MPa后保持压力恒定,继续升温至1400℃保温5min,保温结束后使样品随炉冷却至室温。本实施例中烧结后得到的NbMoTaWCu0.2高熵合金的显微组织形貌如图1所示,合金密度与维氏硬度见图5。
实施例2
将9.4573g平均粒径为65μm的NbMoTaW高熵合金粉末与0.5427g颗粒尺寸为1μm的Cu粉在手套箱中加入球磨罐,采用GN-2型高能球磨机进行机械合金化,转速为470r/min,球磨时间为9h。将得到的NbMoTaWCu0.5粉末装入石墨模具,随后放入快速热压烧结炉中进行烧结。当烧结室中真空度达到1×10-2Pa以下,开始升温,升温速率为93℃/min,升温同时增加烧结压力,压力达到50MPa后保持压力恒定,继续升温至1200℃保温5min,保温结束后使样品随炉冷却至室温。本实施例中烧结后得到的NbMoTaWCu0.5高熵合金的显微组织形貌如图2所示,合金密度与维氏硬度见图5。
实施例3
将8.9704g平均粒径为65μm的NbMoTaW高熵合金粉末与1.0296g颗粒尺寸为1μm的Cu粉在手套箱中加入球磨罐,采用GN-2型高能球磨机进行机械合金化,转速为470r/min,球磨时间为12h。将得到的NbMoTaWCu粉末装入石墨模具,随后放入快速热压烧结炉中进行烧结。当烧结室中真空度达到1×10-2Pa以下,开始升温,升温速率为93℃/min,升温同时增加烧结压力,压力达到40MPa后保持压力恒定,继续升温至1100℃保温5min,保温结束后使样品随炉冷却至室温。本实施例中烧结后得到的NbMoTaWCu高熵合金的显微组织形貌如图3所示,合金密度与维氏硬度见图5。
对比例1
将10g平均粒径为65μm的NbMoTaW高熵合金粉末在手套箱中加入球磨罐,采用GN-2型高能球磨机进行球磨,转速为470r/min,球磨时间为6h。将得到的NbMoTaW粉末装入石墨模具,随后放入快速热压烧结炉中进行烧结。当烧结室中真空度达到1×10-2Pa以下,开始升温,升温速率为93℃/min,升温同时增加烧结压力,压力达到40MPa后保持压力恒定,继续升温至1400℃保温5min,保温结束后使样品随炉冷却至室温。本对比例中烧结后得到的NbMoTaW高熵合金的显微组织形貌如图4所示,合金密度与维氏硬度见图5。

Claims (4)

1.一种NbMoTaWCu高熵合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将雾化法制备的NbMoTaW高熵合金粉末与不同质量的微米级Cu粉利用高能球磨机进行机械合金化,转速≥470r/min,球磨6~12h后得到NbMoTaWCux,x=0.2~1高熵合金粉末;
(2)将步骤(1)得到的NbMoTaWCux高熵合金粉末利用快速热压烧结在压力30~50MPa,温度1100~1400℃下保温5min后随炉冷却,脱模后制备得到NbMoTaWCux(x=0.2~1)块体高熵合金。
2.按照权利要求1所述的一种NbMoTaWCu高熵合金的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,球磨时间和转速可根据Cu的不同含量进行调整,以使合金化充分进行。
3.按照权利要求1所述的一种NbMoTaWCu高熵合金的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,烧结温度与烧结压力可根据Cu的不同含量进行调整,以使烧结后块体合金成分与粉末一致。
4.按照权利要求1所述的一种NbMoTaWCu高熵合金的制备方法,其特征在于,通过粉末冶金方法制备的NbMoTaWCux高熵合金,其显微组织由两种衬度BCC相和弥散分布的碳化物颗粒组成。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106167870A (zh) * 2016-06-29 2016-11-30 华南理工大学 一种NbMoTaW高熵合金及其制备方法
CN107829007A (zh) * 2017-10-26 2018-03-23 福建工程学院 一种高熵合金和粉末冶金法制备高熵合金块体的方法
CN111286664A (zh) * 2020-03-27 2020-06-16 燕山大学 一种以高熵合金为粘结相的超细碳化钨硬质合金及其制备方法
CN113652566A (zh) * 2021-08-23 2021-11-16 北京工业大学 一种纳米晶的难熔高熵合金NbMoTaW-Cu复合材料制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106167870A (zh) * 2016-06-29 2016-11-30 华南理工大学 一种NbMoTaW高熵合金及其制备方法
CN107829007A (zh) * 2017-10-26 2018-03-23 福建工程学院 一种高熵合金和粉末冶金法制备高熵合金块体的方法
CN111286664A (zh) * 2020-03-27 2020-06-16 燕山大学 一种以高熵合金为粘结相的超细碳化钨硬质合金及其制备方法
CN113652566A (zh) * 2021-08-23 2021-11-16 北京工业大学 一种纳米晶的难熔高熵合金NbMoTaW-Cu复合材料制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵宇芳等: "Cu/NbMoTaW纳米叠层材料具有尺寸效应的力学性能及变形机制(英文)", 《SCIENCE CHINA MATERIALS》 *

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