一种三级构型高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

本发明涉及金属材料加工，具体为一种三级构型高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、高熵合金是一种由五种或多种主要元素组成的合金，且每种元素的原子含量介于5%~35%，打破了传统合金以一种或两种金属元素为主的设计理念，具有优异的综合性能，被誉为未来最有发展前景的材料之一。目前对高熵合金的研究主要集中在cocrfeni、crfenicu等系列单相固溶体的性能上，使用的制备方法大多为电弧熔炼。电弧熔炼不可避免的会产生热膨胀、各组元分离和界面分离等问题，从而导致制备的高熵合金中存在许多空隙等缺陷，容易呈现出强度-韧性倒置关系，即提高强度的同时导致塑性和韧性的急剧下降，这将大大限制高熵合金体系和制备工艺的发展。

2、现有技术中，有的铝合金采用热挤压的方法来制备。众所周知，冷轧是：将板料经酸洗去氧化皮后进行冷轧压制成型的一种方法。以制备颗粒增强金属基复合材料的一种方法。

3、公开号为cn114807712a的中国发明专利申请公开了一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，将球磨混粉获得复合材料粉末；放电等离子烧结制备复合材料块体；对复合材料块体进行热挤压，制备获得cocrfenimn/7075al复合材料，获得的铝合金具有良好的力学性能，抗拉强度达到了435mpa，延伸率达到了11 .2％。

4、公开号为cn114309625a的中国发明专利申请公开了一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，将高熵合金粉末与铝合金粉末混合，球磨后压制成型，成型件先烧结，再进行热挤压，制得高熵合金增强铝基复合材料，高熵合金增强铝基复合材料强度和韧性都处于较高水平，抗拉强度在780mpa以上，断裂韧性在30mpa·m 1/2以上。

5、高熵合金增强铝基复合材料具有高比强度，高比模量和耐腐蚀等优点，在航空航天和海洋装备中都得到了很好的应用。但铝合金硬度和耐磨性普遍不高，目前使用sic、al2o3、b4c等作为增强相制备的铝基复合材料可以有效提高铝合金的硬度等性能，但陶瓷颗粒作为增强相存在界面结合差和润湿性不良等缺点，因此影响了铝基复合材料在航空航天和海洋装备中应用。

6、目前，通过低能球磨获得网状纳米析出相的高熵合金为一级构型-低能球磨获得sic包裹hea颗粒胞状组织为二级构型-冷轧成型获得sic-hea/al三级构型高熵合金复合材料的方式在国内外鲜有报道。因此有必要提出一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法以制备出性能优越的高熵合金增强铝基复合材料，来满足航空航天和海洋装备材料的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种三级构型高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三级构型高熵合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤如下：

3、s01、按照以下摩尔比称取5mol％～35mol％的al、5mol％～35mol％的fe、5mol％～35mol％的ni、5mol％～35mol％的co、5mol％～35mol％的cr、5mol％～35mol％的ti金属粉末，将称取的各金属粉末进行混合，通过低能球磨的方法制备微米级alfenicocrti高熵合金粉末，球磨过程中沿高熵合金颗粒晶界析出纳米相形成网状组织，获得具备网状纳米析出相的高熵合金的一级构型；

4、s02、按照纳米sic粉末与微米高熵合金粉末按照质量比为10:1的比例，通过低能球磨的方法获得纳米sic包裹微米级高熵合金颗粒形成胞状复合粉末，获得sic包裹hea颗粒胞状组织的二级构型；

5、s03、采用层铺的方式铺设铝合金粉末并逐层涂覆粘结剂，并逐层进行光固化处理获得一定厚度的铝合金粉坯，再将sic包裹hea的胞状粉末与铝合金粉末混合形成的复合粉末采用层铺的方式铺设在铝合金粉坯上并逐层涂覆粘结剂，并逐层进行光固化成型获得复合材料粉坯层，依次累加铺设铝合金粉末和复合粉末获得层状结构，再进行烧结处理获得复合层状材料，对烧结态层状材料进行冷轧成型，al合金变形能力强形成连续组织，hea+al复合材料强度高变形阻力大形成非连续分布，形成al合金包裹hea+al复合材料的网状组织，获得铝合金包裹hea-al胞状组织的三级构型。

6、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s01中各金属粉末的称取是在真空手套箱中进行的，各金属粉末的粒径为10～50μm。

7、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s01中各金属粉末的混合是在惰性气体氛围下进行的。

8、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s01中各金属粉末的混合是在真空球磨罐中进行的，球磨时间为10～120h，球磨机转速为350～400r/min。

9、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s02中，各金属粉末的混合是在真空球磨罐中进行，采用1~5nm的sic粉末，采用10~50μmalfenicocrti高熵合金粉末球磨时间为10～100h，球磨机转速为300～400r/min。

10、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s03中，采用层铺的方式铺设铝合金粉末并逐层涂覆粘结剂，并逐层进行光固化处理获得一定厚度的铝合金粉坯，再将sic包裹hea的胞状粉末与铝合金粉末混合形成的复合粉末采用层铺的方式铺设在铝合金粉坯上并逐层涂覆粘结剂，并逐层进行光固化成型获得复合材料粉坯层，依次累加铺设铝合金粉末和复合粉末获得层状结构，依次叠加成型厚度为3~5mm，宽度为5~10mm，对复合层状粉坯进行烧结处理获得复合层状材料，烧结温度为500~550℃下，再通冷轧获得sic-hea/al网状组织，最终获得具有三级构型的sic-hea/al复合材料。

11、一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料，以铝合金为基体，以高熵合金为增强相，采用上述制备方法制得，高熵合金与铝的质量比为1: 4～5，所述的高熵合金为alfenicocrti系高熵合金。

12、作为本发明的一种优选技术方案，复合材料的硬度为200～350hv，抗拉强度为340～636mpa，伸长率为10％～16％，摩擦因数为0 .4～0 .5，磨损率为3.5×10-4 mm3 /(n·m)～4×10-4 mm3 /(n·m)。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料，以铝为基体，以高熵合金为增强相，采用本发明的制备方法制得，高熵合金与所述铝合金的质量比为1:4～5，高熵合金为alfenicocrti系高熵合金，有着良好的硬度和耐磨性能，能够满足航空航天和海洋装备材料的应用。

14、复合材料的优点如下：复合材料的硬度为200～350hv，抗拉强度为340～636mpa，伸长率为10％～16％，摩擦因数为0 .2～0 .5，磨损率为2 .5×10-4 mm3 /(n·m)～4×10-4 mm3 /(n·m)。

15、制备方法的具体优点如下：

16、高熵合金粉末所含的金属元素al、fe、ni、co、cr、ti均为非贵金属，生产成本低；

17、将sic和alfenicocrti高熵合金进行低能球磨获得sic-hea的二级构型结构；

18、以sic-alfenicocrti系高熵合金粉末颗粒作为增强相，以铝合金作为基体，采用冷轧制备三级构型铝基复合材料，具有高强度高韧性等优点，使得高熵合金粉末能够与铝基体界面结合的更好，当位错运动在晶界处受到阻碍时，由sic内部包覆的高熵合金来发生位错运动，从而提高铝基复合材料的韧性；

19、4、制备工艺简单，成型的周期短，可获得具有较高强度和韧性的三级构型颗粒增强铝基复合材料等。