CN116079066A - 一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法 - Google Patents

一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116079066A
CN116079066A CN202211572031.5A CN202211572031A CN116079066A CN 116079066 A CN116079066 A CN 116079066A CN 202211572031 A CN202211572031 A CN 202211572031A CN 116079066 A CN116079066 A CN 116079066A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tanbtizr
entropy alloy
refractory high
alloy
spherical powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211572031.5A
Other languages
English (en)
Inventor
刘彬
曹远奎
刘咏
高圣涵
朱刚强
王笑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangxi Yongtai Powder Metallurgy Co ltd
Central South University
Original Assignee
Jiangxi Yongtai Powder Metallurgy Co ltd
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangxi Yongtai Powder Metallurgy Co ltd, Central South University filed Critical Jiangxi Yongtai Powder Metallurgy Co ltd
Priority to CN202211572031.5A priority Critical patent/CN116079066A/zh
Publication of CN116079066A publication Critical patent/CN116079066A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/30—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06—Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • B22F1/065—Spherical particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/14—Treatment of metallic powder
    • B22F1/145—Chemical treatment, e.g. passivation or decarburisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/023—Hydrogen absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法。该制备方法为：将Ta、Ti熔炼获得TaTi中间合金，将Nb、Zr熔炼获得NbZr中间合金，再将TaTi中间合金和NbZr中间合金熔炼获得TaNbTiZr难熔高熵合金锭，依次进行第一次氢化处理、脱氢处理、第二次氢化处理、球磨处理获得难熔高熵合金氢化物颗粒，然后将难熔高熵合金氢化物颗粒进行等离子球化处理即得单相BCC结构的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，粉末粒径在30‑150μm。本发明的制备方法工艺简单，粉末成品率高，不受铸锭尺寸和形状的制约，无需制备棒状难熔高熵合金，粉末粒径分布可控，成分均匀，球形度高，流动性好。

Description

一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及高熵合金领域，主要涉及TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法。
背景技术
难熔高熵合金的概念于2010年首次提出，是高熵合金的概念下发展较为成熟的一个合金体系，该体系主要由高熔点元素(如Nb、Mo、Hf、Ta、W)按等原子比或近原子比组成，也包括部分非难熔元素(如Al、Ti、V、Cr、Zr等)。元素性质的巨大差异为难熔高熵合金带来了强烈的晶格畸变效应和迟滞扩散效应，使其表现出优异的热稳定性和良好的高温力学性能，有望取代传统的镍基高温合金，在航空航天、核工业等极端复杂环境中具有广阔的应用前景。但组成元素复杂、元素熔点差异较大阻碍了难熔高熵合金的制备，因此目前研究中难熔高熵合金的制备多采用真空熔炼法，但熔炼的铸锭存在晶粒粗大、成分偏析及疏松孔洞等缺陷，此外铸锭形状不规则、加工性能差。
粉末冶金法和增材制造法具有近净成型的特点，可制备任意复杂形状的材料，制备的难熔高熵合金晶粒细小、成分均匀、致密度高。基于粉末冶金法的优势，高质量的难熔高熵合金粉末的制备尤为重要，而增材制造和热喷涂等领域对粉末的要求进一步提高，体现在粉末的高球形度、良好的流动性及合适的粒度分布等，因此高球形度难熔高熵合金粉末的制备是粉末冶金难熔高熵合金材料的重要基础。目前球形合金粉末的制备主要采用气雾化和水雾化，但现有的雾化制粉设备在熔炼时难以达到难熔高熵合金的熔点，且制备得到的粉末球形度偏低。
发明内容
针对以上背景技术中提到的不足，本发明的第一个目的在于提供一种球形度好、成分均匀、粒度分布均匀、流动性好的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法。
本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
本发明提供了一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，将Ta、Ti熔炼获得TaTi中间合金，将Nb、Zr熔炼获得NbZr中间合金，再将TaTi中间合金和NbZr中间合金熔炼获得TaNbTiZr难熔高熵合金锭，将TaNbTiZr难熔高熵合金锭依次进行第一次氢化处理、脱氢处理、第二次氢化处理、球磨处理获得难熔高熵合金氢化物颗粒，然后将难熔高熵合金氢化物颗粒进行等离子球化处理即得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
TaNbTiZr难熔高熵合金由于组元含量高、熔点高，采用常规方法以Ta、Nb、Ti、Zr为原料直接熔炼制备TaNbTiZr难熔高熵合金，会导致Ta元素和Ti元素严重偏析，影响最终产品的成分均匀性，本发明首先通过分别熔炼获得TaTi中间合金和NbZr中间合金，再将TaTi中间合金和NbZr中间合金共同熔炼，即获得了成份均匀的TaNbTiZr难熔高熵合金锭，然而TaNbTiZr难熔高熵合金锭由于延展性好，难以直接研磨破碎，需要氢化处理后增加材料脆性，方可获得较好破碎效果。但是，TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物硬度很高，若采用常规氢化-破碎方法效率会很低。因此，本发明提出采用氢化-脱氢-氢化-球磨的破碎处理方法，TaNbTiZr难熔高熵合金锭经过第一次氢化后脆性增加，经过脱氢处理后由于析氢爆裂效应会破碎成小颗粒，再经第二次氢化后小颗粒脆性增加，最后经过球磨处理可得到粒度低于100目的难熔高熵合金氢化物颗粒。难熔高熵合金氢化物颗粒于再经等离子球化，由于等离子焰炬中心温度高达8000K以上，金属氢化物在该温度下可分解为金属液滴及氢气，氢气随被离子球化设备的抽风系统排除，而金属液滴并在表面张力的作用下自发形成球状，得到高纯度、低杂质含量的球形高熵合金粉末。
上述制备方法中，优选地，所述Ta、Ti、Nb、Zr的纯度均≥99.9％。
上述制备方法中，优选地，将Ta、Ti通过真空电弧熔炼3～5次获得TaTi中间合金，将Nb、Zr通过真空电弧熔炼3～5次获得NbZr中间合金，再将TaTi中间合金和NbZr中间合金通过真空电弧熔炼3～5次获得TaNbTiZr难熔高熵合金锭。
发明人发现，只有将最高熔点组元Ta和最低熔点组元Ti进行组合，将中等熔点组元Nb和Zr进行组合，从而使中间合金的熔点接近，这样在二次熔炼的时候，不会因为组元熔点复杂造成严重偏析。若组合的方式与本发明不同，则同样无法获得成份均匀的TaNbTiZr难熔高熵合金锭。
上述制备方法中，优选地，所述第一次氢化处理的温度为550～600℃，第一次氢化处理的时间为2～4h。
上述制备方法中，优选地，所述第一次氢化处理时，通入氢气的流量为1～5L/min。
上述制备方法中，优选地，所述脱氢处理在真空环境下进行，所述脱氢处理的温度为800～850℃，所述脱氢处理的时间为2～4h，真空度≤0.05Pa。
上述制备方法中，优选地，所述第二次氢化处理的温度为550～600℃，第二次氢化处理的时间为2～4h。
上述制备方法中，优选地，所述第二次氢化处理时，通入氢气的流量为1～5L/min。
发明人发现，将两次氢化处理以及脱氢处理的温度，控制在上述范围内效果最优，而若是氢化温度过高，则Nb元素无法氢化，氢化温度过低，则Zr元素无法氢化，两种情况均会导致合金氢化效果差，进而造成后续破碎效果差。此外，在脱氢过程，若脱氢温度过高，则Nb元素无法脱氢，若脱氢温度过低，则Ta元素无法脱氢，两种情况均会导致合金脱氢效果差。
上述制备方法中，优选地，所述球磨处理的转速为200～300rpm，球磨处理的时间为5～20h，球料比为(5～10):1。
上述制备方法中，优选地，所述球磨处理时，所用球磨罐和磨球的材质均为硬质合金。
本发明的制备方法，通过球磨处理后，可以获得粒度低于100目的难熔高熵合金氢化物颗粒，所得难熔高熵合金氢化物颗粒为不规则状，再经等离子球化法对上述难熔高熵合金氢化物颗粒进行球化处理，即得球形度高、粒径分布均匀的球形粉末。
本发明在球磨处理过程中采用硬质合金材质的球磨罐和磨球，可以解决由于TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物颗粒硬度较高而造成的球磨罐与磨球的磨损污染问题，有利于降低TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末中的Fe、Cr等杂质元素。
上述制备方法中，优选地，所述难熔高熵合金氢化物颗粒的粒度＜100目。
上述制备方法中，优选地，所述等离子球化的工艺参数为：载气流量40～60slm，中心气体流量为30～40slm，鞘气流量为60～80slm，其中载气、中心气体、鞘气均使用纯度≥99.999％的氩气，等离子体功率为12～15Kw，反应腔气压为7.5～15psia，送粉速率为5～10g/min。
本发明还提供上述制备方法所制备的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，所述TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末为BCC单相结构，粉末粒径为30～150μm，粉末球形度≥0.95。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)采用两步熔炼法制锭方法可以解决TaNbTiZr难熔高熵合金铸锭偏析问题，有利于获得高均匀性的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
(2)采用氢化-脱氢-氢化-球磨的破碎工艺制粒，可以解决TaNbTiZr难熔高熵合金难破碎、效率低的问题，有利于获得粒度较细的TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物颗粒。
(3)采用硬质合金材质的球磨罐和磨球，可以解决由于TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物颗粒硬度较高而造成的球磨罐与磨球的磨损污染问题，有利于降低TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末中的Fe、Cr等杂质元素。
(4)采用等离子球化制备TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，由于等离子焰炬中心温度高达8000K以上，金属氢化物在该温度下可分解为金属液滴及氢气，氢气随被离子球化设备的抽风系统排除，而金属液滴并在表面张力的作用下自发形成球状，得到球形高熵合金粉末。因此，等离子球化过程具有一定的除杂能力，有利于获得高纯度、低杂质含量的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
(5)本发明制备的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末球形度高，无卫星粉及空心粉，流动性好，可满足增材制造及热喷涂等领域对原料粉末的高质量要求。
(6)本发明的制备方法工艺简单，粉末成品率高，不受铸锭尺寸和形状的制约，无需制备棒状难熔高熵合金，粉末粒径分布可控，成分均匀，球形度高，流动性好。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的XRD图谱，
图2为本发明实施例1制得的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的SEM照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
以下实施例中，纯金属块体均在市场购买，纯度均高于99.9％，等离子球化装置的型号为TEKNA-15,等离子球化系统使用的氩气纯度在99.999％以上。
实施例1：
TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法
(1)以纯度在99.9％以上的Ta、Nb、Ti、Zr块体为原料，按照1:1的原子分数称量Ta和Ti以及Nb和Zr为原料，将原料放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，以氩气为保护气体和引弧气体，将中间合金反复熔炼3次，保持合金处于液态的时间在10min以上，获得TaTi中间合金和NbZr中间合金。然后再以TaTi中间合金和NbZr中间合金为原料，通过真空电弧熔炼反复熔炼3次制得TaNbTiZr难熔高熵合金锭。
(2)将步骤(1)熔炼的铸锭置于氢气烧结炉中，向炉体内通入99.999％的高纯氢气，控制烧结温度600℃，保温时间2h，氢气流量5L/min，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物锭。再将其置于真空烧结炉中，控制烧结温度850℃，保温时间4h，真空度低于0.05Pa，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金粗颗粒。再将其置于氢气烧结炉中，向炉体内通入99.999％的高纯氢气，控制烧结温度600℃，保温时间2h，氢气流量5L/min，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物粗颗粒。最后将颗粒置于行星式球磨机中进行球磨破碎，控制球磨转速200rpm，球磨时间15h，球料比10:1，制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物细颗粒。
(3)将步骤(2)筛分后的合金氢化物细颗粒置于等离子球化设备中，设置载气流量为60slm，中心气体流量为40slm，鞘气流量为80slm，等离子体功率为15Kw，反应腔气压为15psia，送粉速率为10g/min，球化处理后制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
图1为TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的XRD图谱，表面该粉末为BCC单相结构。图2为TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的SEM照片，从图中可看出难熔高熵合金球形粉末的球形度高、粒径分布均匀。经测试，制得的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末平均粒径为76μm，粉末球形度为0.98。
实施例2：
TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法
(1)以纯度在99.9％以上的Ta、Nb、Ti、Zr块体为原料，按照1:1的原子分数称量Ta和Ti以及Nb和Zr为原料，将原料放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，以氩气为保护气体和引弧气体，将中间合金反复熔炼5次，保持合金处于液态的时间在10min以上，获得TaTi中间合金和NbZr中间合金。然后再以TaTi中间合金和NbZr中间合金为原料，通过真空电弧熔炼反复熔炼5次制得TaNbTiZr难熔高熵合金锭。
(2)将步骤(1)熔炼的铸锭置于氢气烧结炉中，向炉体内通入99.999％的高纯氢气，控制烧结温度550℃，保温时间4h，氢气流量2L/min，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物锭。再将其置于真空烧结炉中，控制烧结温度800℃，保温时间4h，真空度低于0.05Pa，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金粗颗粒。再将其置于氢气烧结炉中，向炉体内通入99.999％的高纯氢气，控制烧结温度550℃，保温时间4h，氢气流量2L/min，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物粗颗粒。最后将颗粒置于行星式球磨机中进行球磨破碎，控制球磨转速300rpm，球磨时间5h，球料比5:1，制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物细颗粒。
(3)将步骤(2)筛分后的合金氢化物细颗粒置于等离子球化设备中，设置载气流量为45slm，中心气体流量为30slm，鞘气流量为60slm，等离子体功率为12Kw，反应腔气压为10psia，送粉速率为5g/min，球化处理后制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
经测试，制得的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末为BCC单相结构，粉末平均粒径为52μm，粉末球形度为0.99。
实施例3：
TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法
(1)以纯度在99.9％以上的Ta、Nb、Ti、Zr块体为原料，按照1:1的原子分数称量Ta和Ti以及Nb和Zr为原料，将原料放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚中，以氩气为保护气体和引弧气体，将中间合金反复熔炼5次，保持合金处于液态的时间在10min以上，获得TaTi中间合金和NbZr中间合金。然后再以TaTi中间合金和NbZr中间合金为原料，通过真空电弧熔炼反复熔炼5次制得TaNbTiZr难熔高熵合金锭。
(2)将步骤(1)熔炼的铸锭置于氢气烧结炉中，向炉体内通入99.999％的高纯氢气，控制烧结温度580℃，保温时间3h，氢气流量3.5L/min，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物锭。再将其置于真空烧结炉中，控制烧结温度800℃，保温时间3h，真空度低于0.05Pa，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金粗颗粒。再将其置于氢气烧结炉中，向炉体内通入99.999％的高纯氢气，控制烧结温度580℃，保温时间3h，氢气流量3.5L/min，冷却出炉后制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物粗颗粒。最后将颗粒置于行星式球磨机中进行球磨破碎，控制球磨转速250rpm，球磨时间10h，球料比5:1，制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物细颗粒。
(3)将步骤(2)筛分后的合金氢化物细颗粒置于等离子球化设备中，设置载气流量为40slm，中心气体流量为30slm，鞘气流量为70slm，等离子体功率为14.5Kw，反应腔气压为10psia，送粉速率为10g/min，球化处理后制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
经测试，制得的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末为BCC单相结构，粉末平均粒径为65μm，粉末球形度为0.98。
对比例1：
按照实施例1的参数制备TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，执行至步骤(2)，调整球磨转速为150r/min，球磨破碎时间调整为5h，球料比不变，将金属氢化物进行球磨破碎。保持相同工艺执行剩余步骤，制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
本对比例中球磨破碎的转速调整为150r/min，球磨破碎时间调整为5h，输入能量的降低及破碎时间的减少影响了球磨破碎的效果，使得金属氢化物难完全破碎至目标粒度范围，部分尺寸较大颗粒未实现破碎效果。在等离子球化过程中仅可实现粉末的球化，粉末的粒度并未发生较大变化，因此球磨破碎后粉末的粒径直接影响球形粉末的粒度分布。在等离子球化过程中送粉由振动送粉器实现，粉末过大或过小的粒度分布影响送粉过程的稳定性，甚至难以实现送粉。因此球磨破碎过程中的转速和球磨时间是本发明的重要参数，合理球磨破碎工艺参数的选择是将金属氢化物块体高效破碎至目标粒度范围的关键，是制备粒度分布均匀的球形粉末的前提。
对比例2：
按照实施例1的参数制备TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，执行至步骤(3)，调整送粉速率为20g/min，随后按照实施例1中的等离子球化的工艺参数进行粉末的球化处理，制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
本对比例中等离子球化过程中的送粉速率提高至20g/min。在等离子球化设备功率为15kW时，粉末从等离子体中经过时吸收的能量总量一定，当送速率较小时粉末从等离子体中吸收的能量平均较高，可实现粉末的表面熔化或完全熔化，从而实现粉末的球化；送粉速率较大时粉末从等离子体中吸收的平均能量降低，粉末未实现充分球化，从而未获得高球形度效果。因此，本发明中送粉速率需要严格控制，才能实现良好的粉末球化效果。
对比例3：
按照实施例1的参数制备TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，执行至步骤(1)，调整熔炼方案为先熔炼TaNb中间合金与TiZr中间合金，再将TaNb中间合金与TiZr中间合金进行二次熔炼制备TaNbTiZr难熔高熵合金锭。随后按照实施例1剩余步骤制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
本对比例调整了熔炼中间合金的组合方式，所制得的难熔高熵合金粉末虽然球形度高、粒度均匀，但是合金粉末成分偏差大，存在大量富TaNb合金粉末和富TiZr合金粉末。其主要原因是在二次熔炼过程中TaNb中间合金与TiZr中间合金的熔点差异较大，而多组分合金熔炼时原料熔点差异大容易产生成分偏析。因此，本发明中需控制先熔炼TaTi中间合金和NbZr中间合金，再进行二次熔炼，才能实现较好的成分均匀性效果。
对比例4：
按照实施例2的参数制备TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，执行至步骤(2)，调整为不进行前段氢化和脱氢处理，即只进行后段氢化处理和球磨处理，制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物细颗粒。随后按照实施例2剩余步骤制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
本对比例所制得的难熔高熵合金粉末虽然球形度高、成分均匀，但是合金粉末粒度偏粗，粉末平均粒度达到162μm，无法满足增材制造用金属粉末要求。其主要原因是未经前段氢化和脱氢处理，合金氢化锭直接进行球磨破碎的效果较差，在同样的球磨破碎工艺下，获得的难熔高熵合金氢化物细颗粒尺寸较粗，导致最后粉末产品粒度较粗。因此，本发明需进行第一次氢化处理、脱氢处理、第二次氢化处理、球磨处理以获得粒度可控的难熔高熵合金氢化物颗粒，才能实现较好的粉末制备效果。
对比例5：
按照实施例2的参数制备TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，执行至步骤(2)，调整氢化温度为700℃，脱氢温度为900℃，制得TaNbTiZr难熔高熵合金氢化物细颗粒。随后按照实施例2剩余步骤制得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
本对比例所制得的难熔高熵合金粉末虽然球形度高、成分均匀，但是合金粉末粒度也偏粗，粉末平均粒度达到133μm，无法满足增材制造用金属粉末要求。其主要原因是氢化和脱氢温度较高，导致Nb元素无法氢化和脱氢，而单质Nb的塑性很好，造成球磨破碎过程粉末容易粘连团聚，使获得的难熔高熵合金氢化物细颗粒尺寸较粗，导致最终粉末产品粒度较粗。因此，本发明须严格控制氢化与脱氢温度，使各组元充分氢化/脱氢，才能实现较好的粉末制备效果。

Claims (10)

1.一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，将Ta、Ti熔炼获得TaTi中间合金，将Nb、Zr熔炼获得NbZr中间合金，再将TaTi中间合金和NbZr中间合金熔炼获得TaNbTiZr难熔高熵合金锭，将TaNbTiZr难熔高熵合金锭依次进行第一次氢化处理、脱氢处理、第二次氢化处理、球磨处理获得难熔高熵合金氢化物颗粒，然后将难熔高熵合金氢化物颗粒进行等离子球化处理即得TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末。
2.根据权利要求1所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述Ta、Ti、Nb、Zr的纯度均≥99.9％；
将Ta、Ti通过真空电弧熔炼3～5次获得TaTi中间合金，将Nb、Zr通过真空电弧熔炼3～5次获得NbZr中间合金，再将TaTi中间合金和NbZr中间合金通过真空电弧熔炼3～5次获得TaNbTiZr难熔高熵合金锭。
3.根据权利要求1或2所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述第一次氢化处理的温度为550～600℃，第一次氢化处理的时间为2～4h；所述第一次氢化处理时，通入氢气的流量为1～5L/min。
4.根据权利要求1或2所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述脱氢处理在真空环境下进行，所述脱氢处理的温度为800～850℃，所述脱氢处理的时间为2～4h，真空度≤0.05Pa。
5.根据权利要求1或2所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述第二次氢化处理的温度为550～600℃，第二次氢化处理的时间为2～4h；所述第二次氢化处理时，通入氢气的流量为1～5L/min。
6.根据权利要求1所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述球磨处理的转速为200～300rpm，球磨处理的时间为5～20h，球料比为(5～10):1。
7.根据权利要求1或6所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述球磨处理时，所用球磨罐和磨球的材质均为硬质合金。
8.根据权利要求1所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述难熔高熵合金氢化物颗粒的粒度＜100目。
9.根据权利要求1所述的一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末的制备方法，其特征在于，所述等离子球化的工艺参数为：载气流量40～60slm，中心气体流量为30～40slm，鞘气流量为60～80slm，其中载气、中心气体、鞘气均使用纯度≥99.999％的氩气，等离子体功率为12～15Kw，反应腔气压为7.5～15psia，送粉速率为5～10g/min。
10.如权利要求1～9任意一项所述的制备方法所制备的TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末，其特征在于，所述TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末为BCC单相结构，粉末粒径为30～150μm，粉末球形度≥0.95。
CN202211572031.5A 2022-12-08 2022-12-08 一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法 Pending CN116079066A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211572031.5A CN116079066A (zh) 2022-12-08 2022-12-08 一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211572031.5A CN116079066A (zh) 2022-12-08 2022-12-08 一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116079066A true CN116079066A (zh) 2023-05-09

Family

ID=86211130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211572031.5A Pending CN116079066A (zh) 2022-12-08 2022-12-08 一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116079066A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117483768A (zh) * 2023-11-14 2024-02-02 广东省科学院新材料研究所 一种难熔高熵合金粉末及其制备方法与应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117483768A (zh) * 2023-11-14 2024-02-02 广东省科学院新材料研究所 一种难熔高熵合金粉末及其制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107363262B (zh) 一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用
CN113210629A (zh) 一种AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金及其激光选区增材制造制备方法
CN105624447B (zh) 一种超细晶硬质合金晶粒细化及尺寸分布均匀化的方法
CN105063457B (zh) 一种纳米石墨复合的高容量RE‑Mg‑Ni基贮氢材料及其制备方法
CN104313380B (zh) 一种分步烧结制备高致密度纳米晶硬质合金的方法
WO2016127716A1 (zh) 一种高强韧合金材料及其半固态烧结制备方法和应用
CN112846195B (zh) 一种增材制造用钛钽合金粉末及其制备方法
CN111621670B (zh) 一种多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料及其制备方法
CN112831733B (zh) 一种非晶包覆y2o3复合材料及其粉体制备方法
CN116079066A (zh) 一种TaNbTiZr难熔高熵合金球形粉末及其制备方法
CN115044794B (zh) 一种具有优异性能的Cu-(Y2O3-HfO2)合金及其制备方法
CN114939654A (zh) 一种用于激光增材制造的高熵合金粉末及其制备方法、应用
CN114799155A (zh) 陶瓷颗粒强化难熔高熵合金的制备方法
CN101319284A (zh) 单相Sm2Co17纳米晶块体材料的制备方法
CN114260454A (zh) 一种高品质球形金属粉末的制备方法
CN108588521A (zh) 一种高容量Mg-Cu-Ni三元贮氢合金及其制备方法
CN113186444A (zh) 纳米氧化物和碳化物弥散强化低活化钢及制备方法和应用
CN108097947A (zh) 一种高容量Mg-Zn-Ni三元贮氢合金及其制备方法
CN107099724A (zh) 纳米三氟化钛催化Mg‑RE‑Ni‑Al‑Ti‑Co基贮氢合金及制备方法
CN111515408A (zh) NiTi合金粉及其制备方法和应用
CN114367669B (zh) 一种3D打印用TaW10合金球形粉末的制备方法
CN116571752A (zh) 一种纳米碳化物原位析出增强难熔高熵金属陶瓷粉末及其制备方法
CN114381644B (zh) 一种钒钛基储氢合金粉末及其制备方法
CN114535606B (zh) 一种氧化物弥散强化合金及其制备方法与应用
CN107338381A (zh) 燃料电池用石墨烯催化的贮氢合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination