CN115637365A - 一种中熵合金粘结剂高比重合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中熵合金粘结剂高比重合金及其制备方法。中熵合金粘结剂高比重合金由中熵合金粘结剂和钨基体组成；粘结剂由元素Ni、Fe和Cr组成。将粘结剂元素组成中单质粉末原料装入球磨罐中球磨处理，得到粘结剂粉末原料；然后按照高比重合金组成称取钨粉末和所得粘结剂粉末，装入球磨罐中球磨处理，得到混合粉末；混合粉末进行成型，得到生坯；生坯依次进行氢气气氛下烧结和真空条件下热处理，得到中熵合金粘结剂高比重合金。本发明采用中熵合金作为高比重合金粘结剂，可以改善合金的强度和塑性，同时能够改善高比重合金的耐腐蚀性能；同时，通过本发明能够提升高比重合金的烧结致密度和力学性能。

Description

一种中熵合金粘结剂高比重合金及其制备方法
一、技术领域：
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种中熵合金粘结剂高比重合金及其制备方法。
二、背景技术：
高比重合金具有密度大、强度高和硬度高等优点，在军工、机械、航空等领域应用广泛。随着技术进步及复杂服役条件增加，传统的高比重合金的力学性能和耐腐蚀性能越来越难以满足需求。高比重合金粘结剂对合金的性能有重要影响。因此，通过开发新的粘结相有望获得性能优异的高比重合金。中熵合金是指由3～4种主要组成元素组成、熵值在1～1.5R之间的合金材料，表现出高强、高塑、耐腐蚀等优异的性能。本发明技术方案利用CrFeNi中熵合金作为粘结剂，提供一种中熵合金粘结剂高比重合金，其力学性能和耐腐蚀性能均优于传统的Ni-Fe粘结剂，在复杂环境条件下服役优势明显，而且价格便宜，应用前景广阔。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：根据目前高比重合金存在的不足之处，本发明提供一种具有良好综合力学性能和耐腐蚀性能的中熵合金粘结剂高比重合金及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种中熵合金粘结剂高比重合金，所述中熵合金粘结剂高比重合金由中熵合金粘结剂和钨基体组成；
以质量百分含量表示，所述中熵合金粘结剂高比重合金中粘结剂含量为5～20％，余量为钨基体；
以摩尔百分含量表示，所述中熵合金粘结剂的元素组成为：Ni 30～45％、Fe 20～35％和Cr 20～35％。
另外，提供一种中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a、按照上述中熵合金粘结剂的元素组成称量各种单质粉末原料，然后装入球磨罐中进行球磨处理，球磨后得到粘结剂粉末原料；
b、按照上述中熵合金粘结剂高比重合金组成称取步骤a所得粘结剂粉末和钨粉末，装入球磨罐中进行球磨处理，球磨后得到混合粉末；
c、将步骤b所得混合粉末在100～300MPa下进行模压或者冷等静压成型，得到生坯；
d、将步骤c所得生坯在氢气气氛下进行烧结，得到烧结坯；将烧结坯在真空条件下进行热处理，得到中熵合金粘结剂高比重合金材料。
根据上述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，步骤a中所述球磨处理时，转速为100～300rpm、时间为1～4h。
根据上述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，步骤b中所述球磨处理时，转速为100～300rpm、时间为6～30h。
根据上述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，步骤d中所述烧结时，控制烧结温度为1450～1550℃、保温时间为1～5h。
根据上述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，步骤d中所述热处理时，控制温度为1000～1300℃、保温时间为1～5h。
本发明的积极有益效果：
1、本发明技术方案采用中熵合金作为高比重合金粘结剂，可以改善合金的强度和塑性，同时采用的中熵合金粘结剂含有Cr元素，能改善高比重合金的耐腐蚀性能，在复杂环境条件下服役优势明显，而且采用的中熵合金粘结剂能减少Ni的用量，降低原材料成本，应用前景广阔。
2、本发明技术方案粘结剂粉末原料球磨时间短，可以避免粘结剂粉末焊合团聚、提升高比重合金的均匀性；粘结剂粉末和钨粉末球磨时间长，可以提升高比重合金的烧结致密度和力学性能。
四、附图说明：
图1本发明比较实施例1和实施例1制备的高比重合金的拉伸曲线；
由图1可见，实施例1制备的高比重合金的强度和塑性均优于比较实施例1。
图2本发明比较实施例1和实施例1制备的高比重合金的极化曲线；
由图2可见，实施例1制备高的比重合金的腐蚀电位高于比较实施例1，其耐腐蚀性能明显优于比较实施例1。
图3本发明比较实施例1和实施例1制备的相对密度；
由图3可见，实施例1制备高比重合金的相对密度高于比较实施例1。
五、具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。
比较实施例1：
一种中熵合金粘结剂高比重合金，由中熵合金粘结剂和钨组成；以摩尔百分含量表示，粘结剂的元素组成为：Ni 71.4％和Fe 28.6％；以质量百分含量表示，高比重合金组成中粘结剂含量为7％、余量为钨基体。
利用比较实施例1中所述原料配比制备高比重合金的方法，其详细步骤如下：
a、按照上述粘结剂的元素组成称取各种单质粉末原料，然后装入球磨罐中进行球磨处理，球磨转速为200rpm、时间为2h，球磨后得到粘结剂粉末原料；
b、按照上述粘结剂高比重合金组成称取步骤a所得粘结剂粉末和钨粉末，装入球磨罐中进行球磨处理，转速为200rpm、时间为10h，球磨后得到混合粉末；
c、将步骤b所得混合粉末在250MPa下进行冷等静压成型，得到生坯；
d、将步骤c所得生坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为1480℃、保温时间为2h，得到烧结坯；然后将烧结坯在真空条件下进行热处理，热处理温度为1200℃、保温时间为2h，热处理后得到高比重合金材料。
实施例1：
本发明中熵合金粘结剂高比重合金，由中熵合金粘结剂和钨组成；以摩尔百分含量表示，中熵合金粘结剂的元素组成为：Ni 42.8％、Fe 28.6％和Cr 28.6％；以质量百分含量表示，中熵合金粘结剂高比重合金中粘结剂含量为7％，余量为钨基体。
利用本发明实施例1所述中熵合金粘结剂高比重合金的原料配比制备高比重合金的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、按照实施例1中所述中熵合金粘结剂的元素组成称量各种单质粉末原料，并装入球磨罐中进行球磨处理，球磨转速为200rpm、时间为2h，球磨后得到粘结剂粉末原料；
b、按照实施例1中所述中熵合金粘结剂高比重合金组成称取步骤a所得粘结剂粉末和钨粉末，装入球磨罐中进行球磨处理，转速为200rpm、时间为10h，球磨后得到混合粉末；
c、将步骤b所得混合粉末在250MPa下进行冷等静压成型，得到生坯；
d、将步骤c所得生坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为1480℃、保温时间为2h，得到烧结坯；然后将烧结坯在真空条件下进行热处理，热处理温度为1200℃、保温时间为2h，热处理后得到中熵合金粘结剂高比重合金材料。
实施例2：
本发明中熵合金粘结剂高比重合金，由中熵合金粘结剂和钨组成；以摩尔百分含量表示，中熵合金粘结剂的元素组成为：Ni 40％、Fe 30％和Cr 30％；以质量百分含量表示，中熵合金粘结剂高比重合金中粘结剂含量为10％，余量为钨基体。
利用本发明实施例2所述中熵合金粘结剂高比重合金的原料配比制备高比重合金的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、按照实施例2中所述中熵合金粘结剂的元素组成称量各种单质粉末原料，并装入球磨罐中进行球磨处理，球磨转速为300rpm、时间为1h，球磨后得到粘结剂粉末原料；
b、按照实施例2中所述中熵合金粘结剂高比重合金组成称取步骤a所得粘结剂粉末和钨粉末，装入球磨罐中进行球磨处理，转速为100rpm、时间为30h，球磨后得到混合粉末；
c、将步骤b所得混合粉末在200MPa下进行冷等静压成型，得到生坯；
d、将步骤c所得生坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为1500℃、保温时间为2h，得到烧结坯；然后将烧结坯在真空条件下进行热处理，热处理温度为1200℃、保温时间为2h，热处理后得到中熵合金粘结剂高比重合金材料。
实施例3：
本发明中熵合金粘结剂高比重合金，由中熵合金粘结剂和钨组成；以摩尔百分含量表示，中熵合金粘结剂的元素组成为：Ni 35％、Fe 35％和Cr 30％；以质量百分含量表示，中熵合金粘结剂高比重合金中粘结剂含量为20％，余量为钨基体。
利用本发明实施例3所述中熵合金粘结剂高比重合金的原料配比制备高比重合金的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、按照实施例3中所述中熵合金粘结剂的元素组成称量各种单质粉末原料，并装入球磨罐中进行球磨处理，球磨转速为100rpm、时间为4h，球磨后得到粘结剂粉末原料；
b、按照实施例3中所述中熵合金粘结剂高比重合金组成称取步骤a所得粘结剂粉末和钨粉末，装入球磨罐中进行球磨处理，转速为150rpm、时间为20h，球磨后得到混合粉末；
c、将步骤b所得混合粉末在100MPa下进行冷等静压成型，得到生坯；
d、将步骤c所得生坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为1550℃、保温时间为1h，得到烧结坯；然后将烧结坯在真空条件下进行热处理，热处理温度为1000℃、保温时间为5h，热处理后得到中熵合金粘结剂高比重合金材料。

Claims (6)

1.一种中熵合金粘结剂高比重合金，其特征在于，所述中熵合金粘结剂高比重合金由中熵合金粘结剂和钨基体组成；
以质量百分含量表示，所述中熵合金粘结剂高比重合金中粘结剂含量为5～20％，余量为钨基体；
以摩尔百分含量表示，所述中熵合金粘结剂的元素组成为：Ni 30～45％、Fe 20～35％和Cr 20～35％。
2.一种中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、按照权利要求1所述中熵合金粘结剂的元素组成称量各种单质粉末原料，然后装入球磨罐中进行球磨处理，球磨后得到粘结剂粉末原料；
b、按照权利要求1所述中熵合金粘结剂高比重合金组成称取步骤a所得粘结剂粉末和钨粉末，装入球磨罐中进行球磨处理，球磨后得到混合粉末；
c、将步骤b所得混合粉末在100～300MPa下进行模压或者冷等静压成型，得到生坯；
d、将步骤c所得生坯在氢气气氛下进行烧结，得到烧结坯；将烧结坯在真空条件下进行热处理，得到中熵合金粘结剂高比重合金材料。
3.根据权利要求2所述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，其特征在于：步骤a中所述球磨处理时，转速为100～300rpm、时间为1～4h。
4.根据权利要求2所述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，其特征在于：步骤b中所述球磨处理时，转速为100～300rpm、时间为6～30h。
5.根据权利要求2所述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，其特征在于：步骤d中所述烧结时，控制烧结温度为1450～1550℃、保温时间为1～5h。
6.根据权利要求2所述的中熵合金粘结剂高比重合金的制备方法，其特征在于：步骤d中所述热处理时，控制温度为1000～1300℃、保温时间为1～5h。
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