[发明专利]一种铝基高韧性复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种铝基高韧性复合材料,其特征在于：该铝基高韧性复合材料包括有复合基材、镶嵌在复合基材表面的陶瓷纤维和碳硅纤维以及喷涂在编织碳纤维表面的抗氧化高熵合金层；

所述复合基材包括有以下组成成分：铬元素0.5～0.9％、钴元素0.4～0.8％、纳米碳化钨-钴硬质合金3～6％、铜元素4～6％、钨钛合金5～8％、碳化钛3～5％、氧化锰0.8～1.3％、纳米氮化硅/碳化硅粉1～2％，其余为铝元素。

2.根据权利要求1所述的一种铝基高韧性复合材料，其特征在于：所述抗氧化高熵合金层为铝铬钨镍钴钛锰钼，厚度为0.5～1.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种铝基高韧性复合材料，其特征在于：所述陶瓷纤维包括有以下组成成分：硼化锆15～25％、硼化铪10～15％、硼化钛20～25％、碳化锆5～15％、碳化钽15～20％、碳化铪5～15％。

4.根据权利要求1所述的一种铝基高韧性复合材料，其特征在于：所述碳硅纤维包括有以下组成成分：纳米碳管纤维40～60％和纳米碳化硅纤维40～50％。

5.根据权利要求4所述的一种铝基高韧性复合材料，其特征在于：所述纳米碳管纤维的直径为5～20nm，纳米碳化硅纤维的直径为10～50nm。

6.根据权利要求1所述的一种铝基高韧性复合材料，其特征在于：所述复合基材在铝基高韧性复合材料所占的质量百分比为75～90％。

7.根据权利要求6所述的一种铝基高韧性复合材料，其特征在于：所述抗氧化高熵合金层在铝基高韧性复合材料所占的质量百分比为2～5％。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种铝基高韧性复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括有以下步骤：

1).熔炼：将组成复合基材的纳米碳化钨-钴硬质合金、钨钛合金、碳化钛和氧化锰采用电弧炉或电感应炉熔炼，熔炼过程先抽真空小于-0.1MPa，然后采用惰性气体或氮气保护熔炼，再加入纳米氮化硅/碳化硅粉，搅拌至完全熔解并混合均匀，再升温，加入铬元素、钴元素、铜元素和铝元素使其熔解并搅拌均匀；

将准备好的陶瓷纤维和碳硅纤维进行裁剪，再将陶瓷纤维和碳硅纤维缓慢加入到熔融的合金液体中，边加边搅拌，使得纤维与熔融合金混合均匀后降温至1000～1500℃；

2).浇铸：降温至500～800℃静置10～20min，控制熔体不凝固不结皮，然后在500～800℃浇入预先设定好的铜铸模形成铸坯，将铸坯急速冷却至10～30℃，制备复合材料块体；

3).打磨：将得到的块体使用打磨机进行打磨和抛光，并用切割机对块体进行切割，使之达到设计尺寸，并在此基础上对复合材料块体进行打磨和抛光；

4).喷覆：将铝铬钨镍钴钛锰钼添加到坩埚熔炼炉熔化成金属液，金属液冷却至500～1000℃后转入到雾化器中，通入气压为0.7～0.85MPa氮气将金属液进行雾化，再将雾化液喷覆、沉积在周向旋转的复合材料块体的外表面，复合材料块体的旋转速度3～5mm/s，喷覆时控制温度为300～500℃；

5).成型：将喷覆后的复合材料块体缓慢冷却至100～200℃，降温速率控制为0.1～0.5℃/min，使得复合材料表面的抗氧化高熵合金层凝固，再急速冷却至10～30℃，使之成型；

6).固溶：将步骤5)获得的成型的复合材料块体进行第一级固溶处理，固溶温度为400～450℃，保温时间1～1.5h，在10～30℃的水中冷却，得第一级固溶处理后的复合材料块体；

将第一级固溶处理后的管材进行第二级固溶处理，固溶温度为450～480℃，保温时间0.5～1h，在10～30℃的水中冷却，转移时间≤12s，得第二级固溶处理后的复合材料块体；

将第二级固溶处理后的管材进行人工时效处理，时效温度为150～200℃，保温时间3～5h，得到抗氧化的铝基高韧性复合材料。