专利名称：一种高耐磨双相金属化合物及其制备方法

专利号：ZL202010555214.0

专利权人：河南星火科创科技发展中心(有限合伙 )

联系方式：0371-56650917；13783586817

技术领域：

本发明属于无机金属化合物制备领域，具体涉及一种高耐磨双相金属化合物AlxCeyCuFeNiMnpOqZr及其制备方法。

背景技术：

金属化合物(或称无机金属化合物)是指该化合物中有多种元素按照一定的化学计量比相互化合而成,且所形成的金属化合物的晶体结构与其组成元素的晶体结构类型完全不同，通常金属化合物晶体结构较为复杂，典型特征是金属化合物的晶体结构类型不同于任一组元,其组成可用化学式表示,而非组合物。金属化合物是许多合金的重要组成相.对于传统合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性,但塑性和韧性会有所降低。20世纪初,中国台湾的Ye课题组和英国Cantor课题组分别独立报道了新型多主元高熵合金,与传统理论认为会形成硬而脆的金属间化合物显著不同。虽然报道的新型多主元高熵合金倾向于形成简单的晶体结构,如:面心立方(FCC)、体心立方(BCC)、密排六方(HCP)、简单立方(SC)等;但与传统合金的面心立方(FCC)金属(如;铝、铜、金、银、镍等)、体心立方(BCC)金属(如:钾、钼、钨等)、密排六方(HCP)金属(如:镁、锌、铍等)简单立方（SC）金属（如：钋是具有简单立方结构的唯一元素）的空间群或点阵常数有显著区别，这也是传统合金种类的本质区别一致，即同属于面心立方相结构的铝和铜，之所以不同在于其晶体结构和点阵常数大小等来进行区分的，与传统合金和高熵合金种类的本质区别一致，同样是基于其晶体结构和点阵常数大小等来进行区分的。正式基于这一新型金属化合物的设计理念，同时又引入少量非金属元素对其改性，设计和制备出一种高耐磨双相AlxCeyCuFeNiMnpOqZrr金属化合物。本发明高耐磨双相AlxCeyCuFeNiMnpOqZr金属化合物属于具有典型新型晶体结构的化合物发明专利，而非组合物发明专利，在提高硬度和强度的同时，改进其塑性和韧性。因此，通过设计和制备一种兼具强硬度和塑韧性的新型高耐磨双相金属化合物，具有重要的现实意义和市场前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高耐磨双相金属化合物AlxCeyCuFeNiMnpOqZr及其制备方法。

本发明提出的AlxCeyCuFeNiMnpOqZr金属化合物及其制备方法, 通过真空熔炼法制备出的多主元合金是由两种简单立方相（SC1和SC2）构成的双相金属化合物结构，其分子式为AlxCeyCuFeNiMnpOqZr；双相比例可根据性能需求进行调控；所制备合金具有高致密度、高硬度和高耐磨性。

实现本发明的技术方案是：AlxCeyCuFeNiMnpOqZr金属化合物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）按化学式AlxCeyCuFeNiMnpOqZr，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1；0.1≤p≤1.3；0.1≤q≤0.5；0.02≤x/(x+y+p+q+4)<0.25；0.01≤y/(x+y+p+q+4)<0.18；0.02≤p/(x+y+p+q+4)<0.25；0.01≤q/(x+y+p +q+4)<0.10；分别称取所需的纯金属粉末和按氧元素比例加入适量的二氧化铈；并将原料粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将球磨罐密封起来；

（2）将步骤（1）密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料；

（3）将步骤（2）充分混料后的粉末装入石墨模具中，在放电等离子烧结炉中600℃、35MPa下温压成块体；

（4）将步骤（3）中的块体置于真空熔炼炉中，当真空度达到1×10^-3Pa后，充入氩气后，再次抽真空，反复抽真空和充氩气3次后，开始熔炼，为保证材料均匀性，反复熔炼3次，真空吸铸进水冷铜模中，取出样品，即得目标化合物。

所述步骤（1）中金属粉末的纯度高于99.5%，二氧化铈纯度高于99.9%。

所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。

所述步骤（2）中混料的转速为30~100rpm，时间为0.5-6h。

所述步骤（4）中熔炼工艺参数：电流为250~400A，作用时间30~120s。

本发明的有益效果是：本发明方法制备的金属化合物与原料金属元素配比成分一致，其物相结构是由两种简单立方相构成的双相金属化合物结构；双相比例可根据性能需求进行调控；所制备的金属化合物具有高致密度、高硬度和高耐磨性；成本低，适用范围广。