[发明专利]一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及磁场辅助制备方法

说明书

本发明提供了一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及磁场辅助制备方法，所述复合材料以纯铝或铝合金作为基体，添加FeCoCrCuNi_mR_n高熵合金作复合相，实现性能增强及赋予材料吸波性及可焊接性，复合材料中FeCoCrCuNi_mR_n高熵合金复合相的质量分数为5~20%。本发明的复合材料的制备方法采用以下主要制备步骤：（1）制备高熵合金粉末；（2）制备高熵合金和纯铝或铝合金的复合粉末；（3）冷等静压成型；（4）磁场辅助微波烧结固化。本发明基于烧结时磁场的存在加速了反应和扩散过程、降低了反应温度，从而避免了合金晶粒在高温下的长大，最终得到具有良好综合性能的复合材料，具有较高的实用价值。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，涉及颗粒增强铝基复合材料的制备方法，尤其涉及一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及磁场辅助制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有高比强度和比刚度、热稳定性好、良好的导热性、耐腐蚀等优点，因此被广泛用于航空航天、光学仪器、电子封装等先进技术中。增强颗粒在基体中均匀分散可以获得具有组织均匀性能均匀的复合材料。增强颗粒含量和尺寸是影响颗粒分布的两个重要因素，粒径小的颗粒有助于复合材料性能的提高，一定范围内颗粒越多材料的力学性能越好。但粒径较小的颗粒难以分散，纳米级的颗粒十分容易团聚，颗粒含量超过一定量时同样难以分散，会使得复合材料难以得到预期性能。

磁场作用的实质是一种能量的传递过程，这一特点与传统的能量场（如温度、应力场等）类似。但与它们相比，磁场作用机理又有所不同，磁场是通过影响物质中电子的运动状态而对各种现象发生作用。特别是当磁场的磁感应强度为10T数量级时，能够将高强度的能量无接触地传递到各种物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生巨大而深刻的影响。尤其是在强磁场作用下能够明显改变材料的热力学和动力学等条件，从而对材料的组织和性能产生影响。利用强磁场和加热源提供的能量，使各原料颗粒之间发生交互作用，其反应过程是一种固固扩散反应，磁场的存在加速了反应和扩散过程、降低了反应温度，从而避免了合金晶粒在高温下的长大，因此在强磁场辅助烧结下有助于增强颗粒在基体中分散均匀，颗粒细小，最终得到具有良好综合性能的复合材料。

近年来，高熵合金以及颗粒增强铝基复合材料的发现和研究。一方面，作为一种新型合金，合金化是提高磁性金属材料电磁吸波性能的重要途径使得高熵合金展示良好的电磁吸波性能。利用机械合金化法制备高熵合金粉末，可以在高熵合金粉末引入大量晶体缺陷，这些缺陷可以作为极化中心，增强极化作用，从而提高材料的电磁吸波性能。另一方面为异种金属材料的可靠连接提供了可能性，基于铝在高熵合金中具有较大固溶度的现象，可利用高熵合金作为铝/钢焊接时的过渡层合金，以实现其在界面处使铝原子能够与高熵合金形成单一的固溶体结构，从而显著减少金属间化合物的形成，大幅度提高铝钢异种焊接接头的性能。

基于高熵合金特殊的吸波优异性能，采用吸波性高熵合金颗粒作为增强相来增强铝基复合材料，同时烧结时采用强磁场辅助烧结达到增强颗粒细小弥散强化以实现复合材料的同步强韧化和综合性能优异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及磁场辅助制备方法，提高材料强韧性的同时实现材料吸波和可焊接等综合性能提升。

一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料，其特征在于：以纯铝或铝合金作为基体，添加FeCoCrCuNi_mR_n高熵合金颗粒作复合相，实现性能增强及赋予材料吸波性及可焊接性，其中1.2≤m≤2.0；0.5≤n≤1.0，FeCoCrCuNi_mR_n高熵合金复合相的添加量占材料总质量分数的5~20%。

所述的高熵合金颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，所述的FeCoCrCuNi_mR_n高熵合金颗粒中R为稀土元素Gd、Er、Tm、Yb中的任一种。