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高熵合金是指最少包含5種主要元素且每種元素的原子百分比在5%到35%之間的合金。與傳統(tǒng)合金相比，高熵合金通過成分優(yōu)化設(shè)計(jì)具有更大的性能優(yōu)勢，如高硬度、強(qiáng)度和較好的塑性、優(yōu)越的熱穩(wěn)定性 、良好的耐腐蝕性和高耐磨性。因此，高熵合金在航空航天、電子、機(jī)械制造、冶金、化工等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

特別地，高熵合金儲氫應(yīng)用也是目前的研究熱點(diǎn)之一。氫的高效、安全儲存是當(dāng)前制約氫能利用實(shí)用化與規(guī)模化的瓶頸。與傳統(tǒng)的高壓氣態(tài)儲氫或低溫液態(tài)儲氫相比，固態(tài)儲氫具有較高的能量密度和安全性，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的儲存技術(shù)。

常用的高熵合金制備方法有：真空熔煉法、粉末冶金法、機(jī)械合金化法、化學(xué)氣相沉積法等。以上這些方法都可以制備高熵合金，不同的方法適用于不同的合金類型和應(yīng)用領(lǐng)域，其中機(jī)械合金化法是用高能球磨等機(jī)械處理手段，使多種金屬元素混合均勻制備成高熵合金的方法。在本文中，我們將從高熵合金實(shí)驗(yàn)室制備的案例出發(fā)，來說明機(jī)械合金化法在其中的應(yīng)用。

高熵儲氫合金制備案例

將高熵合金引入儲氫合金方向的研究是近年來的熱點(diǎn)之一，高容量輕質(zhì)儲氫材料的研究也是推動當(dāng)前氫燃料電池動力汽車規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。高容量輕質(zhì)儲氫材料研發(fā)主要著眼于多主元高熵合金的儲氫性能，Mg-Ti合金因Mg 和Ti 均為輕質(zhì)的吸氫元素且其形成的氫化物具有高的質(zhì)量儲氫密度，被視作高容量輕質(zhì)儲氫材料的候選之一。本文試圖通過對《球磨時(shí)間對含鎂高熵合金MgTiV2NiCr0.2儲氫性能影響》一文的簡單解讀，來說明高能球磨儀可用于制備Mg-Ti輕質(zhì)合金。在原研究中，課題組采用球磨法制備了MgTiV2NiCr0.2合金，并研究球磨時(shí)間對該合金的組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和相應(yīng)儲氫性能的影響。

簡述實(shí)驗(yàn)過程如下：試驗(yàn)原材料采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于99.9%的Mg粉、Ti粉、V粉、Ni粉、Cr粉，粒度≤75μm。在氬氣氣氛的真空手套箱中，按照化學(xué)計(jì)量比將上述原料稱量后混料后放入不銹鋼球磨罐中，然后放入不銹鋼磨球，設(shè)置球料比然后用球磨機(jī)球磨15min 停止30min，如此反復(fù)運(yùn)行至累計(jì)球磨時(shí)間分別達(dá)到5、10、15、20、30和40h。研磨完成后將球磨后的合金粉取出密封進(jìn)行后續(xù)組織分析與儲氫性能測試。

從XRD圖譜可以看出，從開始研磨5小時(shí)到20小時(shí)，隨著研磨時(shí)間推移得到了相結(jié)構(gòu)單一的高熵合金組織。但是隨著球磨時(shí)間繼續(xù)延長，出現(xiàn)了少量MgO。

圖1：不同球磨時(shí)間下MgTiV2NiCr0.2 合金的XRD 譜圖

同時(shí)，原文作者也對比不同球磨時(shí)間下的合金儲氫性能，5到20小時(shí)之間，合金的吸氫能力隨著球磨時(shí)間遞增，但球磨40h后，合金的吸氫動力學(xué)性能反而變差。作者結(jié)合結(jié)構(gòu)分析，原因之一可能是由于不吸氫的MgO出現(xiàn)且含量逐漸變大造成的。

圖2：不同球磨時(shí)間的MgTiV2NiCr0.2 合金在6MPa，300℃下的儲氫動力學(xué)曲線圖

為什么要選用萊馳高能球磨儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的高熵合金制備？

從上述案例的簡要陳述中，我們不難看出，用機(jī)械球磨法在實(shí)驗(yàn)室制備Mg-Ti高熵合金是完全可實(shí)現(xiàn)的，但同時(shí)，在制備的過程中，由于球磨時(shí)間太長，Mg有被氧化的可能性，進(jìn)而可能會影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果即合金的吸氫性。因此，采用機(jī)械密封性能更好、能量更高且同時(shí)能在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行氣氛保護(hù)的球磨設(shè)備是更好的選擇。

萊馳球磨儀的通氣頂蓋設(shè)計(jì)可以用來進(jìn)行需要?dú)夥毡Ｗo(hù)的實(shí)驗(yàn)，在我們推薦兩款萊馳高能球磨儀產(chǎn)品來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的高熵合金制備。

Emax高能球磨儀 —— 超精細(xì)研磨儀

Emax是一款革命性的超精細(xì)研磨儀，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到2000rpm，對于難融合的樣品，球磨機(jī)械合金法可以提供高能量輸出的撞擊和摩擦，實(shí)驗(yàn)顯示Emax的時(shí)間明顯少于常規(guī)行星式球磨儀，不僅如此，最后的結(jié)果也顯示轉(zhuǎn)化率更高，無定形態(tài)更少、發(fā)熱結(jié)塊現(xiàn)象也更少。

PM300高能行星式球磨儀

行星式球磨儀PM300功能強(qiáng)大、配有兩個(gè)研磨工位，可支持高達(dá)500毫升容積的研磨罐。最高800rpm的高轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生的高離心力導(dǎo)致粉碎效率極大提升，從而縮短了工作時(shí)間。PM300也是機(jī)械化學(xué)反應(yīng)（機(jī)械化學(xué)合成、機(jī)械合金化和機(jī)械催化）或納米級超細(xì)研磨等研究任務(wù)的理想選擇。

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關(guān)于萊馳品牌

德國RETSCH（萊馳）品牌創(chuàng)立于1915年，是Scientific Division （科學(xué)儀器事業(yè)部門）的核心品牌之一，是全球最大的實(shí)驗(yàn)室固體樣品前處理暨研磨粉碎篩分設(shè)備的生產(chǎn)廠家，主要產(chǎn)品為超離心研磨儀ZM200、顎式破碎儀BB系列、盤式研磨儀DM200/RS200、行星球磨儀PM系列、刀式搗磨儀GM200/GM300，冷凍研磨儀MM400/Cryomill，篩分儀AS系列，快速干燥儀TG200、自動分樣儀PT100/PT200，壓片機(jī)PP25/PP40等，在商檢、質(zhì)檢、高校、農(nóng)業(yè)、生物、制藥、化工、研究所等領(lǐng)域有廣泛的客戶基礎(chǔ)。詳細(xì)資料可瀏覽德國RETSCH官方中文網(wǎng)站