行业标准项目建议书
建议项目名称
(中文)
高熵合金粉化学分析方法 第3部分:氧含量和氮含量的测定 惰气熔融红外吸收法-热导法
建议项目名称
(英文)
Methods for chemical analysis of High entropy alloyed powders - Part 3: Determination of oxygen and nitrogen contents - Inert gas melting-infrared absorption method and thermal conductivity method
制定或修订
■制定 □修订
被修订标准号
采用程度
□IDT □MOD □NEQ
采标号
国际标准名称
(中文)
国际标准名称
(英文)
采用快速程序
□FTP
快速程序代码
□B □C
ICS分类号
77.160
中国标准分类号
H 16
牵头单位
广东省科学院工业分析检测中心
体系编号
41
参与单位
江苏威拉里新材料有限公司
完成周期(月)
24
目的、意义
或必要性

高熵合金(high-entropy alloys, HEAs)又称多主元合金,打破了传统合金以一种或两种元素为主元的设计思路,以5种及5种以上的元素为主元,为开发新型合金体系提供了新思路。研究发现,高熵合金具有热力学上高的混合熵效应、动力学上缓慢的扩散效应、结构上严重的晶格畸变效应以及性能上的鸡尾酒效应等特征。通过合理的成分选择及制备加工工艺,高熵合金可以形成简单的组织结构,呈现优异的性能,如高硬度、高强度、高的抗高温软化性、良好的耐磨性、耐腐蚀性等,使得高熵合金具有广阔的应用前景,得到国内外学者的广泛关注与研究。作为新型高温结构材料、耐磨性材料、抗辐照材料高熵合金已应用于航空航天、矿山机械、核聚变反应堆等领域,它们被用作生产高温涡轮叶片、高温模具、切削工具上的硬涂层甚至第四代核反应堆部件的替代材料。

高熵合金是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金,每种金属元素都有举足轻重的作用,元素组分不同、含量的高低等直接影响到高熵合金的性能,可以根据不同的需求,设计生产不同性能的高熵合金,因此对于高熵合金的化学成分及含量要求非常严格。高熵合金粉,是采用真空气雾化制粉技术来制备的,气雾化是通过高速气流将液态金属流粉碎为小液滴并快速冷凝成粉末的过程,其核心是将高速气流的动能最大限度地转化为新生粉末表面能,而真空气雾化能够在雾化前的熔炼过程中,为金属液体提供惰性气体保护,减少与氧气的反应,大幅降低产品中的氧含量。

随着行业发展与技术成熟,高熵合金在增材制造技术方面的应用逐步增多,其性能特点可以通过增材制造工艺充分发挥,成为核工业、航空航天、军工产品等高端行业关键零部件的关键材料。2020年国标委、工信部等六部门联合印发了《增材制造标准领航行动计划2020-2022》,明确提出要“及时形成一批新技术、新材料、新工艺、新产品标准,优化标准布局,充分发挥标准对增材制造产业发展的引领作用。”

目前国内外使用较多研究较为成熟的主流高熵合金粉主要是由FeCoNiCrMnTiAlMo等元素形成的不同组元的合金。合金牌号和元素成分如下

 

 

牌号名称

主要元素/%

Fe

Co

Ni

Cr

Mn

Ti

Al

Mo

FeCoNiCrMn

余量

19.97~22.07

19.88~21.98

17.62~19.47

18.61~20.57

FeCoNiCrAl

余量

22.18~24.51

22.09~24.41

19.57~21.63

10.15~11.22

FeCoNiCrTi

余量

20.48~22.64

20.40~22.55

18.07~19.98

16.64~18.39

FeCoNiCrMo

余量

17.42~19.25

17.34~19.17

15.37~16.99

28.36~31.35

FeCoNiCr

余量

24.83~27.44

24.73~27.33

21.91~24.22

牌号名称

杂质,不大于/%

C

P

S

O

N

其它单个

其它总和

FeCoNiCrMn

0.020

0.015

0.010

0.050

0.050

0.050

0.150

FeCoNiCrAl

0.020

0.015

0.010

0.050

0.050

0.050

0.150

FeCoNiCrTi

0.020

0.015

0.010

0.050

0.050

0.050

0.150

FeCoNiCrMo

0.020

0.015

0.010

0.050

0.050

0.050

0.150

FeCoNiCr

0.020

0.015

0.010

0.050

0.050

0.050

0.150

氧和氮做为杂质元素,也会影响高熵合金粉的性能,少量氧和氮元素的加入可以提升合金的硬度,过量的氧和氮会导致合金变脆,降低合金的耐磨性。因此要严格控制合金中氧和氮的含量。

然而对于该系列高熵合金粉末,目前尚无合适的检测方法,国内外也没有任何已发布的相关分析方法标准。现行的标准中,氧和氮含量的测定取制样为固体块状样品,而高熵合金粉样品与块状样品形貌不同,粉末样品必须加以包裹才能进样,而且高熵合金粉熔点高,氧和氮含量测定过程中还需加入合适的助熔剂才能完全释放,现行的测氧和氮的标准不能满足高熵合金粉中氧和氮的测定需要。因此,高熵合金粉化学分析方法氧和氮的测定标准的制定势在必行。

本标准将采用惰性气体熔融红外吸收-热导法对氧和氮连续测定。在惰性气体保护下,试料与助熔剂在石墨坩埚中加热熔融,其中氧与石墨坩埚中碳结合形成CO和少量CO2,氮以N2形式释放。混合气体进入红外检测器,CO直接被检测或转化为CO2后检测,CO2直接检测,计算系统通过与标准样品比对计算氧含量。气路中COCO2均以CO2形式被吸收分离,剩余氮气进入热导检测器,计算系统通过与标准样品比对计算氮含量本方法快速、简便、准确度高、稳定性好,适用性广。


范围和主要
技术内容

1、范围

标准规定了高熵合金粉和硫含量的测定方法。

标准适用于高熵合金粉和硫含量的测定测定范围:碳0.001 %0.20 %;硫0.001 %0.030 %。

2、主要技术内容包括:方法原理;仪器设备;试样及其制备;试验步骤;试验数据处理;试验报告等。




国内外情况
简要说明

1、国外和国内对高熵合金粉中氧和氮含量的测定并无统一的标准;

2、该标准项目没有对应的国际标准;

3、该标准项目有相关的国家或行业标准,但是在在技术路线上(样品处理方法、不同助熔剂的选择以及检测范围)都不能完全满足高熵合金粉氧和氮检测需要;

4、本标准项目未发现有知识产权问题。




备注
 
牵头单位
(签字、盖公章)
月 日
标准化技术组织
(签字、盖公章)
月 日
部委托机构
(签字、盖公章)
月 日
[注1] 填写制定或修订项目中,若选择修订必须填写被修订标准号;
[注2] 选择采用国际标准,必须填写采标号及采用程度;
[注3] 选择采用快速程序,必须填写快速程序代码;
[注4] 体系编号是指在各行业(领域)技术标准体系建设方案中的体系编号。
文件说明
19-高熵合金粉化学分析方法 第3部分-项目建议书.doc (55KB)任务书(建议书)