一種自蔓延燃燒合成熔鑄高熵合金的制備方法與流程

本發明涉及一種自蔓延燃燒合成熔鑄高熵合金制備技術,屬于高熵合金制備技術領域。

背景技術：

高熵合金是近年來結構材料領域研究的重要領域之一，其突破了常規結構材料(如鋼、鋁合金、超合金等)以單一元素為主元的合金設計原則，采用四種或更多元素以接近的原子配比獲得單相固溶體或雙相合金基體，其性能可隨主元元素的種類和比例進行調控，從而有效拓寬了高性能合金材料的選擇范圍。目前，高熵合金的制備方法主要有真空電弧熔煉結合吸鑄或傾鑄成型、機械合金化結合熱壓燒結成型以及磁控濺射沉積等方法，其中真空電弧熔煉與機械合金化兩種是主流的多主元合金制備技術。

這些制備方法都需要采用高純度原材料，并且制備過程中都需要復雜的工藝控制裝置，導致了高熵合金的制備成本很高，并且難以成型復雜形狀的零件。自蔓延高溫合金技術利用反應原料間的反應放熱合成材料，具有反應速度快，溫度高，效率高，相界面清潔等優勢，是一種低成本、高效的制備技術。

技術實現要素：

技術問題：本發明提供一種在無需保護氣氛條件下，低成本、高效率的自蔓延燃燒合成熔鑄高熵合金塊體材料的制備方法。

技術方案：本發明的自蔓延燃燒合成熔鑄高熵合金制備方法，包括以下步驟：

步驟1：以鋁粉、氧化鐵、氧化鈷、氧化亞鎳、氧化鉻、氧化錳為原料，同時添加氧化鋁作為反應稀釋劑，將該混合粉末通過球磨、干燥、研磨后，通過模具壓坯獲得相對密度60-70％的預制塊；

步驟2：將石墨坩堝與石墨鑄型裝配，并灌注鑄造石膏，石膏型抽真空除氣后，放置于馬弗爐中烘模，隨后空冷至模溫達到200-300℃準備澆鑄；

步驟3：將步驟1獲得的預制塊放置于步驟2獲得的石膏型中，通過在預制塊表面放置加熱線圈快速加熱預制塊表面點燃預制塊，在燃燒放熱過程中獲得高熵合金液；

步驟4：通過在石膏型底部抽真空，使得石墨鑄型中的真空度保持在0.04-0.05mpa，合金液在石墨鑄型中冷卻獲得高熵合金。

其中：

所述的鋁粉、氧化鐵、氧化鈷、氧化亞鎳、氧化鉻、氧化錳的質量比1：(0.65-0.85)：(0.65-0.85)：(0.7-0.85)：(0.7-0.8)：(0.7-0.8)。

所述氧化鋁作為反應稀釋劑的添加質量分數為1％-3％。

所述放置于馬弗爐中烘模，按照150℃三小時，350℃三小時，720℃一小時的升溫順序烘模。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

(1)高熵合金的主要制備方法是真空電弧熔煉以及機械合金化等方法。由于上述方法在熔煉過程或合金化過程中為了防止純金屬元素的氧化或燒損，需要配套高真空或惰性氣體保護裝置，從而顯著提高了合金制備成本。本發明涉及的自蔓延燃燒合成熔鑄技術，采用鋁熱反應法，利用純鋁與多種金屬氧化物之間的放熱反應，可以在短時間內獲得高溫合金熔體，結合低壓鑄造技術成型，實現高熵合金塊體材料的短流程制備，具有相界面清潔，組織細小，成型快速等優勢。

(2)高熵合金組元較多，成分復雜，采用純元素粉體或塊體直接熔煉時，往往由于某些元素易氧化或易燒損導致合金制備困難。本發明通過鋁熱反應制備高熵合金，原料中的金屬氧化物相對純金屬元素在常溫常壓下更容易獲得并且性質穩定，從而有效降低了高熵合金的制備成本，降低了技術門檻，并且在無需保護氣氛條件下即可實現對合金的制備。因此本發明原料成本低、工藝與設備簡單、不需要保護氣氛，是一種綠色無污染的制備技術。

附圖說明

圖1是實施例一制備所得高熵合金的金相(om)照片，

圖2是實施例一制備所得高熵合金的x射線衍射(xrd)結果。

具體實施方式

下面結合實施例和說明書附圖對本發明作進一步的說明。

實施例一：本實施例中自蔓延燃燒合成熔鑄高熵合金制備方法如下：

步驟1：以鋁粉、氧化鐵、氧化鈷、氧化亞鎳、氧化鉻、氧化錳為原料，以質量比1：0.65：0.65：0.7：0.7：0.7稱料，同時添加質量分數1％的氧化鋁作為反應稀釋劑，將該混合粉末通過球磨、干燥、研磨后，通過模具壓坯獲得相對密度60％的預制塊；

步驟2：將石墨坩堝與石墨鑄型裝配，并灌注鑄造石膏，石膏型抽真空除氣后，放置于馬弗爐中按照150℃三小時，350℃三小時，720℃一小時的升溫順序烘模，隨后空冷至模溫達到200℃準備澆鑄；

步驟3：將步驟1獲得的預制塊放置于步驟2獲得的石膏型中，通過在預制塊表面放置加熱線圈快速加熱預制塊表面點燃預制塊，在燃燒放熱過程中獲得高熵合金液；

步驟4：通過在石膏型底部抽真空，使得石墨鑄型中的真空度保持在0.04mpa，合金液在石墨鑄型中冷卻獲得高熵合金。

實施例二：本實施例與實施例一不同的步驟1中六種原料質量比1：0.85：0.85：0.85：0.8：0.8，預制塊相對密度為70％。其他與實施例一相同

實施例三：。本實施例與實施例一不同的步驟1中六種原料質量比1：0.75：0.75：0.77：0.75：0.75，預制塊相對密度為65％。其他與實施例一相同。

實施例四：本實施例與實施例一不同的步驟2中空冷至模子溫度達到280℃。其他與實施例一相同。

實施例五：本實施例與實施例一不同的步驟2中空冷至模子溫度達到300℃。其他與實施例一相同。

實施例六：本實施例與實施例一不同的步驟4中真空度保持在0.05mpa。其他與實施例一相同。

實施例七：本實施例與實施例一不同的步驟4中真空度保持在0.045mpa。其他與實施例一相同。

上述實施例僅是本發明的優選實施方案，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發明權利要求進行改進和等同替換后的技術方案，均落入本發明的保護范圍。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種自蔓延燃燒合成熔鑄高熵合金的制備方法，該方法包含如下步驟：步驟1：以鋁粉、氧化鐵、氧化鈷、氧化亞鎳、氧化鉻、氧化錳為原料，同時添加氧化鋁作為反應稀釋劑，獲得相對密度預制塊；步驟2：將石墨坩堝與石墨鑄型裝配，并灌注鑄造石膏，石膏型抽真空除氣后，放置于馬弗爐中烘模，步驟3：將步驟1獲得的預制塊放置于步驟2獲得的石膏型中，通過在預制塊表面放置加熱線圈快速加熱預制塊表面點燃預制塊，在燃燒放熱過程中獲得高熵合金液；步驟4：通過在石膏型底部抽真空，合金液在石墨鑄型中冷卻獲得高熵合金。本發明所需原料低廉、設備及工藝簡單，在常壓下即可進行，且不需要保護氣氛，高熵合金相界面清潔，組織細小。

技術研發人員：陸韜;潘冶;柴文柯;葉勇靖;馬鉑程
受保護的技術使用者：東南大學
技術研發日：2017.03.31
技術公布日：2017.08.04