一种多孔共晶高熵合金及其制备方法技术

本申请涉及多孔金属材料领域，更具体地说，它涉及一种多孔共晶高熵合金及其制备方法。所述化学成分多主元合金为共晶高熵合金，所述合金的具体成分为CoCrFeNiZr

【技术实现步骤摘要】
一种多孔共晶高熵合金及其制备方法


[0001]本申请涉及多孔金属材料领域，更具体地说，它涉及一种多孔共晶高熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]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：高熵效应、迟缓扩散效应、严重的晶格畸变效应以及鸡尾酒效应。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、高耐磨性。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。
[0003]多孔材料本身优异的性能使其具有的广泛应用前景，吸引了大量的研究学者，所以近年来多孔材料发展非常迅速。与出传统合金相比，多孔合金材料具有一定的强韧性、且密度小，表面积大、阻尼性能好。纳米多孔金属材料具有极高的比表面积和特殊界面特性等特点，广泛应用于催化、传感器、生物过滤器、光学检测器、超级电容器等领域。制备多孔材料的方法主要有模板法、脱合金法、层层自组装技术等。相比较而言，脱合金法成本低、工艺简单、易实现工业化。脱合金是利用合金组元之间的电极电位相差较大、电解液中活泼组元快速溶解、惰性组元保留形成多孔材料的一种方法。
[0004]相比单组元纳米材料，多组元纳米材料拥有更细小稳定的多孔结构。所以，在高熵合金的基础上制备多孔材料，其在结构上拥有的大比表面积和多主元间的协同作用，可以使其在储氢、催化等领域具有更独特的优势。然而目前关于高熵合金制备多孔材料的研究屈指可数，制备多孔材料的方法制得的多孔合金材料的成分不可控，需要进行严格的成分选择例如只能原则低熔点金属或合金，处理条件苛刻操作较为复杂，并且制备出的多孔纳米结构不够均匀。

技术实现思路

[0005]本公开提供了一种多孔共晶高熵合金及其制备方法，基于共晶高熵合金的工艺简单、成分可控、组织均匀、纳米结构的多孔材料制备方法。
[0006]第一方面，本公开提供一种多孔共晶高熵合金，所述合金化学成分表达式为CoCrFeNiZr
0.55
，式中Co、Cr、Fe和Ni为等摩尔原子比，Zr的摩尔比为0.55。
[0007]以共晶高熵合金为前驱体制备的多孔材料，工艺简单易于制备，成分选择范围较广容易控制。前驱体共晶组织均匀，制备出的多孔材料孔结构均匀性好、细小且稳定，尺寸可达250nm，比表面积大。
[0008]优选的，所述CoCrFeNiZr
0.55
共晶高熵合金中两相(FCC与Laves)之间存在电势差，通过将试样浸泡在王水中，选择性腐蚀掉其中一相(FCC相)，从而制得多孔共晶高熵合金。
[0009]优选的，所述合金的微观结构由富Zr的laves相片层组织和层状的均匀多孔组织
组成。
[0010]第二方面，本公开提供一种多孔共晶高熵合金的制备方法，所述制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)共晶高熵合金的制备：按照所需摩尔比计算金属单质Co、Cr、Fe、Ni和Zr的质量并称量，将超声清洗后的金属单质放入电弧熔炼炉内的铜坩埚中，充入高纯惰性气体，再通过熔纯钛吸收残留氧气，在氩气气氛中反复熔炼7次，以确保熔炼过程合金成分的均匀性，冷却后得到共晶高熵合金；
[0012](2)共晶高熵合金多孔材料的制备:将(1)中制备好的所述共晶高熵合金放入超声清洗，清洗后浸入到王水中，腐蚀后进行超声清洗，获得多孔共晶高熵合金。
[0013]此处利用CoCrFeNiZr
0.55
共晶高熵合金中两相(FCC与Laves)之间存在的电势差，通过将试样浸泡在王水中，选择性腐蚀掉其中一相(FCC相)从而得到多孔共晶高熵合金。此制备工艺简单，无需额外的热处理或者加工处理。制得的多孔材料组织均匀性好，孔的尺寸细小且孔结构稳定。拥有较低的密度和较大的比表面积，具有较大的工程应用价值，可在催化、能源转换等领域广泛推广。
[0014]优选的，所述步骤(1)中所述金属单质Co、Cr、Fe、Ni和Zr的原料纯度≥99.95％。
[0015]优选的，所述步骤(1)中将所述电弧熔炼炉腔抽真空为5
×
10
‑3Pa。
[0016]优选的，所述步骤(1)中所述惰性气体为氩气。
[0017]优选的，所述步骤(1)中所述通电熔炼的次数为4
‑
6次，每次熔炼时间为2
‑
5min。
[0018]优选的，所述步骤(2)中将所述共晶高熵合金超声清洗后，浸入到王水中，每10
‑
20min缓慢搅拌溶液，腐蚀1h
‑
7h。
[0019]综上所述，本申请具有以下有益效果：
[0020]1、由于本申请中以共晶高熵合金为前驱体制备的多孔材料，孔结构均匀性好，尺寸可达250nm，比表面积大；
[0021]2、本申请制备工艺简单，无需额外的热处理或者加工处理；
[0022]3、本申请制得的多孔材料具有工程应用价值，可在金属材料及其制备领域广泛推广。
[0023]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开的保护范围。
附图说明
[0024]1.图1是实施案例1中多孔材料的正面SEM低倍图片；
[0025]2.图2是实施案例1中多孔材料的正面SEM高倍图片；
[0026]3.图3是实施案例1中多孔材料的侧面SEM低倍图片；
[0027]4.图4是实施案例2、实施例3、实施例4和实施例5中分别浸泡1h、3h、5h、7h圆柱体状多孔材料的截面SEM高倍图片；
[0028]5.图5是实施案例6中圆柱体状压缩试样的侧面SEM低倍图片；
[0029]6.图6是实施案例6中圆柱体状压缩试样的SEM高倍图片；
[0030]7.图7是实施案例6中圆柱状体压缩试样的SEM高倍图片；
[0031]8.图8是实施案例6中圆柱体状压缩试样的压缩测试曲线。
具体实施方式
[0032]以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
[0033]实施例
[0034]实施例1
[0035]一种多孔共晶高熵合金的制备方法，包括如下步骤:
[0036]步骤一、将CoCrFeNiZr
0.55
合金成分转换为质量百分比，分别称取钴14.91g、铬13.15g、铁14.13g、镍14.85g、锆11.52g，总计68.56g；各金属单质原料的纯度≥99.95％。
[0037]步骤二、将步骤一中配置好的原料超声清洗10分钟以除去表面杂质，然后将上述净化处理过的原料放入电弧熔炼炉的坩埚中，在氩气气氛中反复熔炼7次，以确保熔炼过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔共晶高熵合金，其特征在于，所述化学成分多主元合金为共晶高熵合金，所述合金的具体成分为CoCrFeNiZr
0.55
，其中Co、Cr、Fe和Ni为等摩尔原子比，Zr的摩尔比为0.55。2.根据权利要求1所述一种多孔共晶高熵合金，其特征在于，所述CoCrFeNiZr
0.55
共晶高熵合金中两相(FCC与Laves)之间存在电势差，通过将试样浸泡在王水中，选择性腐蚀掉其中一相(FCC相)，从而制得多孔共晶高熵合金。3.根据权利要求1所述一种多孔共晶高熵合金，其特征在于，所述合金的微观结构由富Zr的laves相片层组织和层状的均匀多孔组织组成。4.根据权利要求1所述一种多孔共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法，包括以下步骤：(1)共晶高熵合金的制备：按照所需摩尔比计算金属单质Co、Cr、Fe、Ni和Zr的质量并称量，将超声清洗后的金属单质放入电弧熔炼炉内的铜坩埚中，充入高纯惰性气体，再通过熔纯钛吸收残留氧气，通电进行熔炼，翻转铸锭，冷却后得到共晶高熵合金；(2)共晶高熵合金多孔材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李工，刘兴硕，江明辉，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：