一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末及其制备方法与应用与流程

本发明涉及高熵合金粉末合成，尤其是涉及一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末及其制备方法与应用。

背景技术：

1、高熵合金具有高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应、“鸡尾酒”效应，赋予其良好的理化性能，在结构、功能材料、航空航天、深海探测、高速交通、生物医学、3d打印领域展现出巨大的发展潜力和前景。

2、目前，高熵合金粉末的生产方法主要有机械合金化法、气雾化法、水雾化法。机械合金化法生产高熵合金粉末，随着球磨时间延长，氧化物杂质的比例逐渐增加，粉体呈片状，球形度差且粒度分布偏宽。水雾化法生产高熵合金粉末，会接触大量的水，从而使得合金粉体含氧量较高，已逐渐被气雾化法取代。

3、气雾化法在制备过程中可以采用惰性气体为保护气，利用氮气、氩气进行雾化，制备的高熵合金粉末具有纯度高、氧含量低、合金成分均匀的优点。但是，对于含第ⅳ—ⅵ族元素的高熵合金，存在难熔问题。虽然通过提高熔融温度可克服合金难熔问题，但是随之也带来了黏性力比值降低，熔滴易破碎，导致合成的高熵合金粉的球形度偏低，粒度分布偏宽的问题。为此，发明人提供了一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末及其制备方法与应用。

技术实现思路

1、为了解决现有高熵合金球形度偏低，粒度分布偏宽的难题，本发明提供了一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末及其制备方法与应用。

2、本发明提供的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末是用高熵合金与增强相通过气雾化法制备得到；高熵合金的化学元素成分如下；2-4%的fe、5-10%的cr、35-40%的ni、2.5-3.5%的mn、2.8-3.5%的v、0.5-1.5%的w、5-10%的b、0.05-0.2%的la、≤1%不可避免的杂质，余量为mo；所述增强相为纳米金属簇改性石墨烯、单原子改性石墨烯、max相纳米陶瓷中的至少一种。

4、优选地，所述增强相占所述高熵合金粉末总重量的0.05-0.20wt%。

5、优选地，所述纳米金属簇改性石墨烯包括石墨烯载体和通过溶胶-凝胶法形成于石墨烯载体表面的纳米金属簇，所述纳米金属簇包括纳米钼金属簇、纳米镍金属簇、纳米铁金属簇、纳米铬金属簇、纳米锰金属簇中的至少一种。

6、通过采用纳米金属簇对石墨烯表面进行改性，纳米金属簇与高熵合金组分相近，可使得纳米金属簇改性石墨烯可均匀分散于高熵合金液，进而起到增粘和成核作用，可提高黏性力比值，减小熔滴尺寸和雾化气体导热率，显著加快熔滴的冷却速率，克服高熵合金粉末的球形度偏低，粒度分布偏宽的难题。

7、进一步优选地，所述纳米金属簇为纳米钼金属簇、纳米镍金属簇、纳米铁金属簇、纳米铬金属簇、纳米锰金属簇，所述纳米钼金属簇、纳米镍金属簇、纳米铁金属簇、纳米铬金属簇、纳米锰金属簇的质量比为（40-50）:（30-35）:（5-10）:（5-10）:（5-10）。

8、通过对纳米金属簇中纳米钼金属簇、纳米镍金属簇、纳米铁金属簇、纳米铬金属簇、纳米锰金属簇含量调配，使得纳米金属簇中化学元素与高熵合金组分高度相近，可进一步改善纳米金属簇改性石墨烯与高熵合金液相容性。

9、优选地，所述单原子改性石墨烯包括石墨烯载体和锚定于石墨烯载体表面缺陷点位的金属单原子，金属单原子包括mo、ni、fe、mn、cr中的至少一种。

10、通过采用单原子锚定于石墨烯载体表面缺陷点位形成单原子改性石墨烯，可使得纳米金属簇改性石墨烯可均匀分散于高熵合金液，进而起到增粘和成核作用，可提高黏性力比值，减小熔滴尺寸和雾化气体导热率，显著加快熔滴的冷却速率，克服高熵合金粉末的球形度偏低，粒度分布偏宽的难题。

11、进一步优选地，所述金属单原子包括mo、ni、fe、mn、cr，所述mo、ni、fe、mn、cr的质量比为（40-50）:（30-35）:（5-10）:（5-10）:（5-10）。

12、通过对单原子改性石墨烯中金属单原子组分和负载量进行调配，使得单原子改性石墨烯中负载的金属单原子与高熵合金组分高度相近，可进一步改善单原子改性石墨烯与高熵合金液相容性。

13、优选地，所述max相纳米陶瓷为高熵max相陶瓷，所述高熵max相陶瓷为mo3valc4、tivcrmoalc3、tivnbmoalc3、(tia0.25mo0.25ta0.25v10.25)2alc中的至少一种。

14、优选地，所述max相纳米陶瓷为(tia0.25mo0.25ta0.25v10.25)2alc，所述max相纳米陶瓷占所述高熵合金粉末总重量的0.10-0.15wt%。

15、通过上述高熵max相陶瓷可较为均匀分散于高熵合金液，起到增粘和成核作用，可提高黏性力比值，减小熔滴尺寸和雾化气体导热率，显著加快熔滴的冷却速率，克服高熵合金粉末的球形度偏低，粒度分布偏宽的难题。

16、本发明提供的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末的制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：

17、一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

18、步骤一，在惰性气体保护下，按照高熵合金的化学成分称量moni30中间合金、femo45中间合金、nicr20中间合金、mn金属块、fev80中间合金、few45中间合金、la金属块置于中频炉中进行3-5次重复熔炼得合金熔融液；

19、步骤二，向合金熔融液中加入增强相，电磁搅拌均匀，制得高熵合金母液；

20、步骤三，气雾法制备高熵合金粉末：惰性气体气氛下，雾化压力3-5mpa，碳化硼试管孔径为0.8-1.2mm，获得球形度高且窄粒度分布的高熵合金粉末。

21、一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末应用于3d打印、粉末冶金。

22、综上所述，本发明具有以下优点：本发明中增强相起到增粘和成核作用，可提高黏性力比值，减小熔滴尺寸和雾化气体导热率，显著加快熔滴的冷却速率，克服高熵合金粉末的球形度偏低，粒度分布偏宽的难题，且高熵合金中掺入稀土la可改善高温抗氧化性能，降低制备的高熵合金粉末的氧含量，采用高熵合金粉末制备的制件具有优异的耐磨性能、耐腐蚀性能和抗冲击韧性，拓展其应用范围。此外，本发明所提供的制备方法，相对简单，便于工业化实施。

1.一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述高熵合金粉末是用高熵合金与增强相通过气雾化法制备；高熵合金的化学元素成分如下；2-4%的fe、5-10%的cr、35-40%的ni、2.5-3.5%的mn、2.8-3.5%的v、0.5-1.5%的w、5-10%的b、0.05-0.2%的la、≤1%不可避免的杂质，余量为mo；所述增强相为纳米金属簇改性石墨烯、单原子改性石墨烯、max相纳米陶瓷中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述增强相占所述高熵合金粉末总重量的0.05-0.20wt%。

3.根据权利要求1所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述纳米金属簇改性石墨烯包括石墨烯载体和通过溶胶-凝胶法形成于石墨烯载体表面的纳米金属簇，所述纳米金属簇包括纳米钼金属簇、纳米镍金属簇、纳米铁金属簇、纳米铬金属簇、纳米锰金属簇中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述纳米金属簇为纳米钼金属簇、纳米镍金属簇、纳米铁金属簇、纳米铬金属簇、纳米锰金属簇，所述纳米钼金属簇、纳米镍金属簇、纳米铁金属簇、纳米铬金属簇、纳米锰金属簇的质量比为（40-50）:（30-35）:（5-10）:（5-10）:（5-10）。

5.根据权利要求1所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述单原子改性石墨烯包括石墨烯载体和锚定于石墨烯载体表面缺陷点位的金属单原子，金属单原子包括mo、ni、fe、mn、cr中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述金属单原子包括mo、ni、fe、mn、cr，所述mo、ni、fe、mn、cr的质量比为（40-50）:（30-35）:（5-10）:（5-10）:（5-10）。

7.根据权利要求1所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述max相纳米陶瓷为高熵max相陶瓷，所述高熵max相陶瓷为mo3valc4、tivcrmoalc3、tivnbmoalc3、(tia0.25mo0.25ta0.25v10.25)2alc中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末，其特征在于：所述max相纳米陶瓷为(tia0.25mo0.25ta0.25v10.25)2alc，所述max相纳米陶瓷占所述高熵合金粉末总重量的0.10-0.15wt%。

9.一种权利要求1-8中任一项所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.一种权利要求1-8中任一项所述的一种基于中频炉冶炼雾化的高熵合金粉末应用于3d打印、粉末冶金。