高熵合金陶瓷复合材料及其制备方法

本申请涉及合金材料，尤其涉及高熵合金。

背景技术：

1、高熵合金作为一种新颖的合金设计理念的产物，近年来受到了广泛的关注。合金成分由四种或四种以上的元素相互固溶在一起，在混合高熵效应下形成稳定简单结构的多主元合金(fcc、bcc、hcp等)。高熵合金具有其他传统合金不具备的四种核心效应：热力学上的高熵效应、动力学上的迟缓扩散效应、严重的晶格畸变效应以及性能上的鸡尾酒效应。这些效应赋予高熵合金优异的性能：高硬度、高强度、高断裂韧性、高耐磨耐蚀性和抗辐照等。同时也保证高熵合金能通过调整合金成分以满足广泛的应用场景。近些年戴等采用机械合金化和放电等离子烧结法，以94wt.％(motiwtazr)c高熵陶瓷为硬质相，6wt.％fecocrnial高熵合金为金属粘结相合成一种超细晶高熵合金陶瓷复合材料，成功制备出纳米超细晶的高熵合金陶瓷复合材料。研究学者发现在合金中引入适量的间隙氧或氧化物颗粒是同时提高强度和塑性的有效手段。

2、目前提高金属材料强韧性的方法大都是通过微量元素合金化和热处理工艺变化引入沉淀相或各种异质结构。但近些年这种提升合金强塑性的方法达到了瓶颈，更多的研究学者选用金属材料与超硬陶瓷相结合的方法制备复合材料，所得材料既具备了金属的韧性又兼具了陶瓷的高强度，使其应用范围大大扩展。目前，金属陶瓷材料中常用的粘结相主要有重金属-钽、钨、钼等。但是，重金属元素的长时间使用会对人类的身体健康产生一定得危害，而且价格昂贵，制备出的金属陶瓷综合性能不是很好。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种高熵合金陶瓷复合材料及其制备方法，以解决现有的合金陶瓷复合材料中重金属较多、综合性能不够好的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种高熵合金陶瓷复合材料，所述高熵合金陶瓷复合材料的材料包括：co、cr、fe、ni、al和cr2o3。

3、在本申请的一些实施例中，所述高熵合金陶瓷复合材料包括：

4、硬质相，所述硬质相的材料为cr2o3；

5、金属粘结相，所述金属粘结相的材料为高熵合金，所述高熵合金的元素包括co、cr、fe、ni、al。

6、在本申请的一些实施例中，所述高熵合金陶瓷复合材料中包括纳米晶结构和超细晶结构。

7、在本申请的一些实施例中，所述高熵合金陶瓷复合材料中，co、cr、fe、ni、al、o原子的摩尔比为21.75：21.75：21.75：21.75：7：6。

8、第二方面，本申请实施例提供一种高熵合金陶瓷复合材料的制备方法，所述高熵合金陶瓷复合材料的制备方法包括如下步骤：

9、称取原料，所述原料包括co单质、cr单质、fe单质、ni单质、al单质、cr2o3；

10、将所述原料球磨处理，得到预制粉料；

11、将所述预制粉料压实后烧结，得到所述高熵合金陶瓷复合材料。

12、在本申请的一些实施例中，所述原料中，co、cr、fe、ni、al、o原子的摩尔比为21.75：21.75：21.75：21.75：7：6；和/或，

13、所述原料的纯度在99.95％以上。

14、在本申请的一些实施例中，所述原料为粉态，粒径在45～75um之间。

15、在本申请的一些实施例中，将所述原料球磨处理，包括如下步骤：

16、将所述原料加入球磨罐并置于惰性气氛中进行第一球磨，得到预磨料；

17、将所述预磨料置于惰性气氛中，向其中加入乙醇后进行第二球磨。

18、在本申请的一些实施例中，所述乙醇的加入量为所述原料质量的0.5％～0.7％。

19、在本申请的一些实施例中，所述烧结的压力为4～6gpa；和/或，

20、所述烧结的温度为1273～1473k；和/或，

21、所述烧结的升温速率为80～120℃/min；和/或，

22、所述烧结的保温时间为25～35min。

23、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

24、本申请实施例提供的高熵合金陶瓷复合材料，包括co、cr、fe、ni、al和cr2o3，其不含有贵金属，并且具有高的硬度和强度。

技术特征：

1.一种高熵合金陶瓷复合材料，其特征在于，所述高熵合金陶瓷复合材料的材料包括：co、cr、fe、ni、al和cr2o3。

2.根据权利要求1所述的高熵合金陶瓷复合材料，其特征在于，所述高熵合金陶瓷复合材料包括：

3.根据权利要求1所述的高熵合金陶瓷复合材料，其特征在于，所述高熵合金陶瓷复合材料中包括纳米晶结构和超细晶结构。

4.根据权利要求1所述的高熵合金陶瓷复合材料，其特征在于，所述高熵合金陶瓷复合材料中，co、cr、fe、ni、al、o原子的摩尔比为21.75：21.75：21.75：21.75：7：6。

5.一种高熵合金陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述高熵合金陶瓷复合材料的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的高熵合金陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述原料中，co、cr、fe、ni、al、o原子的摩尔比为21.75：21.75：21.75：21.75：7：6；和/或，

7.根据权利要求5所述的高熵合金陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述原料为粉态，粒径在45～75um之间。

8.根据权利要求5所述的高熵合金陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述将所述原料球磨处理，包括如下步骤：

9.根据权利要求1所述的高熵合金陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述乙醇的加入量为所述原料质量的0.5％～0.7％。

10.根据权利要求5所述的高熵合金陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的压力为4～6gpa；和/或，

技术总结
本申请涉及一种高熵合金陶瓷复合材料，所述高熵合金陶瓷复合材料的材料包括：Co、Cr、Fe、Ni、Al和Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;。本申请提供的高熵合金陶瓷复合材料，包括Co、Cr、Fe、Ni、Al和Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，其不含有贵金属，并且具有高的硬度和强度。

技术研发人员：李瑞,宋克兴,张国赏,岳鹏飞,李习耀,肖丽丽,史荣豪,曹书光,谢昆,杜娟,张馨文,吴浩然,闫毅帆
受保护的技术使用者：河南省科学院材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23