[发明专利]TiC与石墨晶须增强高熵合金基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种TiC与石墨晶须增强高熵合金基复合材料及其制备方法，该方法具体为：按照原料配比称取反应试样块体原料；按照体积分数制备增强体试块；装样：将块体原料与增强体试块装入高频感应熔炼炉中；抽真空；通入氩气；原位反应合成：控制电流，输出功率；保温：待反应结束后，保温10分钟；冷却出炉：将保温后的熔融液态合金倒入铜坩埚中冷却，取出，得到细晶内生性高熵合金基复合材料。本发明工艺采用感应熔炼的方式合成内生性颗粒与晶须增强高熵合金基复合材料，合成的复合材料增强体与基体之间界面结合良好，增强体均匀分布于高熵合金基体中。

技术领域

本发明涉及一种TiC与石墨晶须增强高熵合金基复合材料及其制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

真空感应熔炼技术制备高熵合金基复合材料的制备方法，是指采用感应加热的方式，使制备原料自身由于自身涡流感应发热熔化制备复合材料，该制备方法反应速度快，操作简单，能耗低，制备的高熵合金基复合材料组织致密性良好，界面结合稳定。该制备方法操作简单，便于工业化生产。解决了传统工艺加热效率低，制备数量少的缺点，真空感应熔炼可对材料进行批量生产。具有自控型可调节加热时间、加热功率、保温时间、保温功率和冷却时间；大大提高了产量和加热的重复性，简化工人的操作技术。本方法制备的高熵合金基复合材料具有高强度度，高耐磨性能以及抗腐蚀性能。在高熵合金形成过程中，在晶间会形成纳米Cu相，可增加材料的屈服强度，对材料起到一定的增韧效果。制备的高熵合金基复合材料在导电性与导磁性方面也具有很优越的性能。除此之外，高熵合金基复合材料，在抗冲击件以及耐高温模具方面也具有良好的应用前景。

文献(Cheng J,Liu D,Liang X,et al.Evolution of microstructure andmechanical properties of in situ synthesized TiC–TiB 2/CoCrCuFeNi highentropy alloy coatings[J].SurfaceCoatings Technology,2015,281(7):109-116)中，采用真空电弧熔炼技术制备TiC–TiB₂/CoCrCuFeNi复合增强体高熵合金基复合材料，其熔炼过程耗能较高，且制备试样的量具有一定的局限性，只能制备供电弧加热的少量试样，不能用于批量生产，其单独的颗粒增强效果较颗粒与晶须复合增强效果较差。卢素华等人采用粉块与金属块混合使用的合成方法制备FeCrCoNiCuTi/TiC高熵合金复合材料，其制备的试样组织增强体在基体中分布不均匀，界面结合性能较差，虽然试样的耐磨性能有所提高，但是屈服强度有所下降。

发明内容

本发明目的在于提供TiC与石墨晶须增强高熵合金基复合材料及其制备方法。

实现本发明目的技术解决方案为：

一种高熵合金基复合材料，所述复合材料为内生型，以FeCoNiCu高熵合金为基体相，以(TiCgraphite-whiskers)_x为增强相，记为(TiCgraphite-whiskers)_x/(FeCoNiCu)_1-x，x为0.05～0.1。

制备上述内生型高熵合金基复合材料的方法，包括以下步骤：

在石墨坩埚中按顺序依次加入Cu颗粒，增强体试块，Ni颗粒，Fe颗粒，Co颗粒，并调整升温速率，具体如下，

首先进行升温反应阶段，调整输出高频电流为400A，待坩埚变色后，在调整输出电流为350A；5分钟后进入增强体生成阶段，进行原位反应发生，放出热量发出白光；最后进入合金化，调整输出电流为610A，温度达到1500～2000℃，直至金属颗粒熔融合金化，并感应自搅拌使增强体在高熵合金基体中均匀分布；

最终保温冷却：经保温5分钟后，将反应熔融合金进行水冷，得到细晶高熵合金基复合材料。