【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及高熵合金，具體涉及一種tialcrzrta高熵合金及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、高熵合金(high-entropy?alloys，heas)是由5種或5種以上主要元素組成的合金，且每種主要元素的摩爾分?jǐn)?shù)在5％-35％之間，在有其它次要元素時，每種次要元素的含量需小于5％。高熵合金因其獨特的成分設(shè)計和復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出比傳統(tǒng)合金更優(yōu)異的性能，如高強度、高硬度、良好的耐磨性和耐腐蝕性等優(yōu)點，在多個領(lǐng)域中都能找到其優(yōu)越的應(yīng)用價值。
2、在高熵合金的研究中，元素的選擇和配比是關(guān)鍵。ti、al、cr、zr、ta五種元素大多具有體心立方(bcc)或面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)，相似的晶體結(jié)構(gòu)有助于在合金中形成均勻的相結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升合金的性能。同時它們的原子半徑和熔點相近，有助于在混合過程中減少晶格畸變和應(yīng)力集中，在熔化和凝固過程中形成均勻的混合物，提高合金的穩(wěn)定性、強度以及減少成分偏析。然而，如何精確控制這些元素的配比和分布，以及采用何種制備技術(shù)以獲得性能優(yōu)異的高熵合金，仍是當(dāng)前研究的難點。
3、傳統(tǒng)的高熵合金制備技術(shù)包括真空電弧熔煉法和粉末冶金法。其中，真空電弧熔煉法存在成分偏析、組織不均勻、致密度低、產(chǎn)品尺寸限制等問題。粉末冶金法通常采用機(jī)械合金化+熱壓燒結(jié)技術(shù)，如專利文獻(xiàn)“一種nbmotawcu高熵合金及其制備方法”(授權(quán)公告號：cn115011827b)，其使用的熱壓燒結(jié)技術(shù)存在制備工藝較為復(fù)雜、燒結(jié)時間較長、成本較高等問題。
4、綜上所述，現(xiàn)有高熵合金技術(shù)存在的缺陷是制備工藝復(fù)雜、
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供一種tialcrzrta高熵合金及其制備方法，該方法結(jié)合機(jī)械合金化和放電等離子燒結(jié)技術(shù)，有效解決了現(xiàn)有的高熵合金制備工藝復(fù)雜、晶粒粗大、成分不均勻的問題。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：
3、一種tialcrzrta高熵合金，包括基體相和彌散顆粒；
4、其中，基體相為tialcrzrta，彌散顆粒包括富ti-ta枝晶、富ta-cr枝晶以及zr單質(zhì)；
5、富ti-ta枝晶、富ta-cr枝晶彌散分布在基體中，阻礙位錯運動，起強化合金作用；
6、zr單質(zhì)偏聚在晶界處，釘扎晶界，抑制晶粒長大，用于強化合金；
7、tialcrzrta高熵合金內(nèi)部顆粒晶粒尺寸為5-10um。
8、一種tialcrzrta高熵合金的制備方法，將tialcrzrta高熵合金粉末放置于石墨模具中，在真空狀態(tài)下進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，利用脈沖電流通過粉末顆粒間隙時產(chǎn)生局部高溫，使顆粒表面物質(zhì)被激活形成等離子體；燒結(jié)結(jié)束后模具隨爐冷卻至室溫，卸模后獲得tialcrzrta高熵合金。
9、所述燒結(jié)工藝參數(shù)為：燒結(jié)溫度1000～1600℃，燒結(jié)時間20-60min；保溫時間10～30min，燒結(jié)壓力40～100mpa。
10、所述真空狀態(tài)的真空度為1×10-3～1×10-4pa。這樣設(shè)定的目的是避免材料發(fā)生氧化，同時去除爐內(nèi)雜質(zhì)氣體，方便精準(zhǔn)控溫。
11、所述tialcrzrta高熵合金粉末的制備方法為：
12、s1：稱取ti粉、al粉、cr粉、zr粉和ta粉作為原材料，按照等原子比例進(jìn)行稱量并均勻混合，得到tialcrzrta高熵合金混合粉末；
13、s2：將所述tialcrzrta高熵合金混合粉末和不銹鋼球磨珠、分散劑放置于不銹鋼球磨罐中進(jìn)行球磨，得到混合均勻的tialcrzrta高熵合金粉末；
14、s3：將球磨后的所述tialcrzrta高熵合金混合粉末放置于真空干燥箱中，在真空狀態(tài)下進(jìn)行干燥，將干燥后的混合粉末過篩。
15、所述步驟s1中，按照ti：al：cr：zr：ta＝1：1：1：1：1at.％的等原子比例進(jìn)行稱量并均勻混合。
16、所述步驟s1中，所述ti、al、cr、zr、ta五種金屬粉末分別過80-200目篩。
17、所述步驟s2中，在行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨工藝參數(shù)為：球磨時間為1～24h，球料體積比為球(1～10)：料(1)，其中，料指的是tialcrzrta高熵合金混合粉末，球磨轉(zhuǎn)速為100～400rpm，采用分散劑輔助分散，以避免粉末團(tuán)聚，其中，tialcrzrta高熵合金混合粉末和分散劑的固液質(zhì)量比為1：1；所述分散劑為酒精。
18、進(jìn)一步的，為防止過冷焊，球磨運行方式為：正轉(zhuǎn)運行5min，反轉(zhuǎn)運行5min，間歇時間1min。
19、所述步驟s3中，真空干燥的限定條件是真空度1×10-2～1×10-3pa，溫度60～100℃；干燥時間8-12h。
20、所述步驟s3中，將干燥后的混合粉末過80-200目篩。
21、進(jìn)一步的，將所述tialcrzrta高熵合金進(jìn)行機(jī)械加工，得到所需形狀和尺寸的tialcrzrta高熵合金。
22、所述tialcrzrta高熵合金用于制造發(fā)動機(jī)部件、飛行器結(jié)構(gòu)件、切削刀具、模具、人體植入物。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下的有益效果：
24、本專利技術(shù)的tialcrzrta高熵合金，細(xì)小且相對規(guī)則的晶粒，平均晶粒尺寸約為5-10um。由于細(xì)小晶粒的晶界占比大，可以限制位錯運動。同時枝晶相尺寸彌散分布在基體中，阻礙位錯運動，起強化合金作用。部分zr單質(zhì)偏聚在晶界處，能夠釘扎晶界，抑制晶粒長大，進(jìn)一步強化合金。。
25、本專利技術(shù)步驟s1確保各元素等原子比例，為形成高熵合金奠定基礎(chǔ)。
26、本專利技術(shù)步驟s2通過球磨使高熵合金混合粉末進(jìn)一步細(xì)化與均勻分散，為后續(xù)成型及性能優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
27、本專利技術(shù)步驟s3通過真空干燥去除高熵合金粉末中的水分與揮發(fā)性雜質(zhì)，確保材料純凈度。
28、本專利技術(shù)步驟s3通過過篩篩選出合適粒徑的粉末，保證粉末粒度均勻，利于后續(xù)成型工藝中粉末的均勻填充與燒結(jié)致密化，提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。
29、本專利技術(shù)的放電等離子燒結(jié)技術(shù)，有效避免傳統(tǒng)熔煉法中的成分偏析問題，獲得成分均勻的高熵合金，平均晶粒尺寸約為5-10um。
30、本專利技術(shù)的放電等離子燒結(jié)技術(shù)具有升溫速度快、燒結(jié)時間短、燒結(jié)壓力高等特點，有利于獲得致密度高、孔隙率低的高熵合金，其致密度高達(dá)99.9％以上。
31、tialcrzrta高熵合金結(jié)合了多種元素的優(yōu)點，具有較高硬度，所述的硬度最高可達(dá)908hv0.5，超過目前大多數(shù)的鑄態(tài)高熵合金硬度。高致密度得益于等離子體對孔隙的高效排除，使得燒結(jié)合金的硬度顯著提升。
32、本專利技術(shù)提供的方法工藝流程簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且可通過調(diào)整燒結(jié)參數(shù)來優(yōu)化高熵合金性能。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種TiAlCrZrTa高熵合金，其特征在于，包括基體相和彌散顆粒；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，將TiAlCrZrTa高熵合金粉末放置于石墨模具中，在真空狀態(tài)下進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，利用脈沖電流通過粉末顆粒間隙時產(chǎn)生局部高溫，使顆粒表面物質(zhì)被激活形成等離子體；燒結(jié)結(jié)束后模具隨爐冷卻至室溫，卸模后獲得TiAlCrZrTa高熵合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)工藝參數(shù)為：燒結(jié)溫度1000～1600℃，燒結(jié)時間20-60min；保溫時間10～30min，燒結(jié)壓力40～100MPa；
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，所述TiAlCrZrTa高熵合金粉末的制備方法為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，按照Ti：Al：Cr：Zr：Ta＝1：1：1：1：1at.％的等原子比例進(jìn)行稱量并均勻混合；所述Ti、Al、Cr、
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，在行星式高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨工藝參數(shù)為：球磨時間為1～24h，球料體積比為球(1～10)：料(1)，其中，料指的是TiAlCrZrTa高熵合金混合粉末，球磨轉(zhuǎn)速為100～400rpm，采用分散劑輔助分散，其中，TiAlCrZrTa高熵合金混合粉末和分散劑的固液質(zhì)量比為1：1；所述分散劑為酒精；
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，真空干燥的限定條件是真空度1×10-2～1×10-3Pa，溫度60～100℃；干燥時間8-12h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，將干燥后的混合粉末過80-200目篩。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種TiAlCrZrTa高熵合金的制備方法，其特征在于，
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的TiAlCrZrTa高熵合金，其特征在于，所述TiAlCrZrTa高熵合金用于制造發(fā)動機(jī)部件、飛行器結(jié)構(gòu)件、切削刀具、模具、人體植入物。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種tialcrzrta高熵合金，其特征在于，包括基體相和彌散顆粒；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種tialcrzrta高熵合金的制備方法，其特征在于，將tialcrzrta高熵合金粉末放置于石墨模具中，在真空狀態(tài)下進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，利用脈沖電流通過粉末顆粒間隙時產(chǎn)生局部高溫，使顆粒表面物質(zhì)被激活形成等離子體；燒結(jié)結(jié)束后模具隨爐冷卻至室溫，卸模后獲得tialcrzrta高熵合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種tialcrzrta高熵合金的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)工藝參數(shù)為：燒結(jié)溫度1000～1600℃，燒結(jié)時間20-60min；保溫時間10～30min，燒結(jié)壓力40～100mpa；
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種tialcrzrta高熵合金的制備方法，其特征在于，所述tialcrzrta高熵合金粉末的制備方法為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種tialcrzrta高熵合金的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，按照ti：al：cr：zr：ta＝1：1：1：1：1at.％的等原子比例進(jìn)行稱量并均勻混合；所述ti、al、cr、zr、ta五種金屬粉末分別過80-200目篩。
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董瀟婉，柴作強，郝小軍，張文嬌，馮慶，賈波，呂龍飛，張思雨，李博，張鵬洲，趙宇澤，
申請(專利權(quán))人：西安泰金新能科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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