[发明专利]一种金属与高熵合金叠层复合材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种金属与高熵合金叠层复合材料及其制备方法是由金属和高熵合金交替叠放，然后通过常规的叠层复合材料制备方法获得。本发明金属—高熵合金叠层复合材料叠层层数为2层以上，叠层间距为20～1000um；所述金属可以是纯金属(Al、Ti、Ni等)，也可以是相应的合金；所述金属可以是块状，也可以是粉末状；所述高熵合金可以是粉末状的，也可以是块状的；所述高熵合金可以通过电弧熔炼、球磨等多种方法制备；所述常规的叠层复合材料制备方法包括连接复合法和沉积复合法；所述连接复合法包括挤压、冷轧、锻造、热压烧结等多种方法；所述沉积复合法包括磁控溅射、电磁脉冲、气相沉积等。

技术领域

本发明涉及一种金属和高熵合金叠层复合材料。

背景技术

随着现代航空工业的快速发展，传统的结构材料已经很难满足工程要求，因此需要重量更轻、强度更高、耐热性能和耐腐蚀性能更强的结构材料，这对材料的研发和制备提出了巨大的挑战。叠层复合材料的设计灵感来源于自然界，通过在硬脆的增强体中加入了软韧的金属，弥补了材料内在性能的不足，使其拥有良好的综合性能。近些年来，叠层复合材料在航空和汽车轻量化方面都展现出了良好的应用前景，叠层复合材料的研发受到越来越多的重视。

叠层复合材料是指利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的材料在界面上实现牢固的冶金结合而形成的一种复合材料。叠层复合材料主要分为以下三类：金属—金属型、金属—金属间化合物、金属—陶瓷型。目前，金属—金属间化合物叠层复合材料是研究比较多的一类，这主要是因为金属间化合物具有良好的抗氧化性和高温性能。专利CN 102501457 A利用交替叠轧+热处理的工艺路线制备了陶瓷/TiAl叠层复合材料板。专利CN 108637261 A利用球磨+铺粉+放电等离子烧结的工艺路线制备了TiAl/TMCs（钛基复合材料）叠层复合材料，均获得了良好的结合界面。然而由于金属间化合物的的本征脆性和环境脆性，其在室温下的塑性和韧性较低，使得材料在后续的机加工以及曲面成形过程中均存在着较大的困难，从而严重限制了金属—金属间化合物叠层复合材料的的应用。

高熵合金是由2种或2种以上合金元素按等摩尔比配制而成的合金。与传统的金属相比，高熵合金具有以下特点：（1）热力学：高熵效应；（2）动力学：缓慢扩散；（3）结构：严重的晶格畸变；（4）性能：“鸡尾酒效应”。高的混合熵使得合金倾向于形成单相固溶体；严重的晶格畸变增强了位错强化作用；缓慢扩散使得合金比较容易形成一些纳米析出相。以上三个特征直接决定了高熵合金不但拥有较高的韧性，还拥有高硬度、高耐温、高耐磨、高耐腐等多种优异的性能。

发明内容

为了解决叠层复合材料韧性较差、机加工和成形困难的问题，本发明提出一种金属与高熵合金叠层复合材料及其制备方法。

本发明一种金属与高熵合金叠层复合材料及其制备方法是由金属和高熵合金交替叠放，然后通过常规的叠层复合材料制备方法获得。本发明金属—高熵合金叠层复合材料叠层层数为2层以上，叠层间距为20～1000um。

进一步的，所述金属可以是纯金属(Al、Ti、Ni等)，也可以是相应的合金。

进一步的，所述金属可以是块状，也可以是粉末状。

进一步的，所述高熵合金可以是粉末状的，也可以是块状的。

进一步的，所述高熵合金可以通过电弧熔炼、球磨等多种方法制备。

进一步的，所述常规的叠层复合材料制备方法包括连接复合法和沉积复合法。

进一步的，所述连接复合法包括挤压、冷轧、锻造、热压烧结等多种方法。

进一步的，所述沉积复合法包括磁控溅射、电磁脉冲、气相沉积等。

本发明金属—高熵合金叠层复合材料可以通过以下步骤制备；

步骤一：高熵合金熔炼；