技术领域
[0001] 本
发明涉及一种多主元高熵合金材料制备技术领域，特别涉及一种CrMnFeCoNiCu高熵合金及其制备方法。技术背景
[0002] 高熵合金一般含有5种或5种以上元素，且每种元素含量在5％～35％范围内，所有组成元素的
原子百分比含量基本相当。多组元引起的高熵效应有效抑制了金属间化合物的出现，有效降低了多主元引起的合金的脆性，并且一般形成简单的面心或体心立方结构，且容易获得
纳米结构材料。
[0003] 高熵合金传统制备工艺一般采用加热熔炼或电化学沉积法制备，但上述制备方法对所选组元有较高的选择性，设备昂贵且制备时间较长、能耗高。也有尝试采用燃烧合成技术进行制备的探索，但一般的燃烧合成均采用
铝热体系进行制备，其反应
温度一般＞3000K，当体系中存在沸点较低的Co、Mn等元素时，容易出现
蒸汽挥发甚至熔体喷溅，造成组分损失，且
铸锭致
密度差，存在气孔、夹渣等
缺陷。
发明内容
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种CrMnFeCoNiCu高熵合金的制备方法，该制备方法的
基础是铝热反应，利用
合金元素对应的
氧化物粉体与Al粉的铝热反应实现合金元素的还原和合金的
熔化，同时由于生成的CrMnFeCoNiCu合金熔体与Al2O3陶瓷熔体间的密度、表面张
力差异，可快速实现CrMnFeCoNiCu金属-Al2O3陶瓷熔体分离和致密化，冷却后获得CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。
[0005] 一方面，本发明提供了一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
[0006] (1)配制反应剂
[0007] 以Cr2O3、MnO2、Fe2O3、Co3O4、NiO、CuO粉末与Al粉为原料，将上述粉末原料混合均匀，制得反应剂；其中，反应剂中各粉末原料之间的摩尔比为：
[0008] Al:Cr2O3:MnO2:Fe2O3:Co2O3:NiO:CuO＝11.34:1:2:1:1:2:2。
[0010] 将所述反应剂置于压力容器设备中，充入惰性气体，点火诱发反应剂的反应；
[0011] 反应完成后，得到自然分离的两层产物，剥离上层产物，得到CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。
[0012] 可选地，根据本发明的高熵合金的制备方法，所述惰性气体为Ar气。
[0013] 可选地，根据本发明的高熵合金的制备方法，所述压力容器中，Ar气的压力为0.2-2.0MPa。
[0014] 可选地，根据本发明的高熵合金的制备方法，以电加热的点火方式诱发反应剂的反应。
[0015] 可选地，根据本发明的高熵合金的制备方法，所述Al粉的粒径为5～45μm。
[0016] 另一方面，本发明还提供了由上述制备方法制备得到的高熵合金。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明的高熵合金制备方法将燃烧合成技术与气压辅技术相结合，制备过程无污染，除起始需少量
能量引发反应外，整个反应过程无需外加
能源加热，属于低能耗材料制备技术。
[0018] 本发明的制备方法中所用辅助气压一般在0.2～2MPa之间，可快速制备高致密度CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。
[0019] 本发明制备得到的CrMnFeCoNiCu高熵合金材料具有典型的纳米结构，物相为单一的面心立方结构，无明显气孔、夹渣及裂纹等缺陷；其中各元素含量大于等于5％且小于等于35％。
附图说明
[0020] 图1为采用本发明制备方法制备得到的CrMnFeCoNiCu高熵合金的XRD物相分析图；
[0021] 图2为采用本发明制备方法制备得到的CrMnFeCoNiCu高熵合金的能谱分析图。
具体实施方式
[0022] 为了更好的理解本发明，下面结合具体
实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不应视为仅仅局限于下面的实施例。
[0023] 一方面，本发明提供了一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
[0024] (1)配制反应剂
[0025] 以Cr2O3、MnO2、Fe2O3、Co3O4、NiO、CuO粉末与Al粉为原料，将上述粉末原料混合均匀，制得反应剂；其中，反应剂中各粉末原料之间的摩尔比为：
[0026] Al:Cr2O3:MnO2:Fe2O3:Co2O3:NiO:CuO＝11.34:1:2:1:1:2:2。
[0027] (2)压力容器中反应合成
[0028] 将所述反应剂置于压力容器设备中，充入惰性气体，点火诱发反应剂的反应；
[0029] 反应完成后，得到自然分离的两层产物(上层为以Al2O3为主的陶瓷层，下层为CrMnFeCoNiCu高熵合金铸锭)，剥离上层产物，得到CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。
[0030] 上述制备方法中，Al粉的粒径一般为5～45方法。充入压力容器的惰性气体为Ar气，且Ar气的压力优选为0.2-2.0MPa，由此可快速制备高致密度CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。优选地，以电加热的点火方式诱发反应剂的反应。
[0031] 本发明的高熵合金的制备方法结合了传统燃烧合成技术和气压辅助技术，将燃烧合成体系置于较高的气压环境中进行。合金熔制过程依靠燃烧反应自身放热完成，反应生成的低
粘度高温金属/陶瓷混合熔体在较高的气压下迅速分离，最终获得合金铸锭。但由于本体系中存在低沸点的Co、Mn等元素，要想获得高纯度、高致密度的合金铸锭，必须抑制上述元素的挥发，物质的沸点与环境气压有关，一般随环境压力的升高而升高。在高压环境中合成，低沸点的Co、Mn组元的挥发现象得到抑制，合金铸锭中的气孔、夹渣减少或消失。本工艺通过合理选择燃烧合成反应组分及气氛压强，实现了CrMnFeCoNiCu高熵合金的快速制备。
[0032] 通过本发明的制备方法得到的高熵合金由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu六种元素组成，其
晶体结构为面心立方结构。图1和图2分别示出了采用本发明制备方法制备得到的CrMnFeCoNiCu高熵合金的XRD物相分析图和能谱分析图。由图1和图2中可知，该合金中各元素摩尔含量均大于等于5％且小于等于35％，物相组成为单一的面心立方结构，显微结构中晶粒尺寸为5～500nm，具有明显的纳米尺寸特征，属于纳米合金。
[0033] 为了具体的描述本发明，
申请人通过以下示例对本申请的高熵合金及其制备方法进行说明。应当理解的是，下述具体的实施例仅作为本发明的具体实现方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
[0034] 实施例1
[0035] 以Al、Cr2O3、MnO2、Fe2O3、Co3O4、NiO、CuO的粉末为原料，各粉末原料间的摩尔比为：Al:Cr2O3:MnO2:Fe2O3:Co2O3:NiO:CuO＝11.34:1:2:1:1:2:2。将上述粉末原料充分混合均匀并干燥后得到反应剂，将配制好的粉末装入
石墨坩埚中，再将坩埚置于压力容器中，压力容器中通入0.5MPa的Ar气，以电点火的方式引发合成反应；反应完成后即可得到自然分为两层的产物，上层为以Al2O3为主的陶瓷，下层为CrMnFeCoNiCu高熵合金材料，剥离上层的氧化铝，得到CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。得到的高熵合金材料是由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu元素组成，各元素含量大于等于5％且小于等于35％；通过扫描
电子显微镜观察、
X射线衍射分析和透射电子显微镜分析，该合金的晶粒尺寸为50～300nm之间，合金密度为7.53g/cm3。
[0036] 实施例2
[0037] 以Al、Cr2O3、MnO2、Fe2O3、Co3O4、NiO、CuO的粉末为原料，各粉末原料间的摩尔比为：Al:Cr2O3:MnO2:Fe2O3:Co2O3:NiO:CuO＝11.34:1:2:1:1:2:2。将上述粉末原料充分混合均匀并干燥后得到反应剂，将配制好的粉末装入石墨坩埚中，再将坩埚置于压力容器中，压力容器中通入1.5MPa的Ar气，以电点火的方式引发合成反应；反应完成后即可得到自然分为两层的产物，上层为以Al2O3为主的陶瓷，下层为CrMnFeCoNiCu高熵合金材料，剥离上层的氧化铝，得到CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。得到的高熵合金材料是由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu元素组成，各元素含量大于等于5％且小于等于35％；通过扫描电子显微镜观察、X射线衍射分析和透射电子显微镜分析，该合金的晶粒尺寸为50～300nm之间，合金密度为7.81g/cm3。
[0038] 实施例3
[0039] 以Al、Cr2O3、MnO2、Fe2O3、Co3O4、NiO、CuO的粉末为原料，各粉末原料间的摩尔比为：Al:Cr2O3:MnO2:Fe2O3:Co2O3:NiO:CuO＝11.34:1:2:1:1:2:2。将上述粉末原料充分混合均匀并干燥后得到反应剂，将配制好的粉末装入石墨坩埚中，再将坩埚置于压力容器中，压力容器中通入2.0MPa的Ar气，以电点火的方式引发合成反应；反应完成后即可得到自然分为两层的产物，上层为以Al2O3为主的陶瓷，下层为CrMnFeCoNiCu高熵合金材料，剥离上层的氧化铝，得到CrMnFeCoNiCu高熵合金材料。得到的高熵合金材料是由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu元素组成，各元素含量大于等于5％且小于等于35％；通过扫描电子显微镜观察、X射线衍射分析和
3
透射电子显微镜分析，该合金的晶粒尺寸为50～300nm之间，合金密度为8.07g/cm。
