[发明专利]一种高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料及其制备方法。本发明通过气体分散搅拌装置将机械合金化后制备的高熵合金颗粒加入到熔融的铝合金基体中搅拌分散，之后进行振动除气，最后采用铸造工艺制备成型高熵合金颗粒增强铝基复合材料的成型件。该工艺通过气体分散搅拌装置分散加入熔体内的高熵合金颗粒，增加高熵合金颗粒与铝合金的接触面积与润湿性，避免团聚，宏观与微观分散均匀，改善界面结合性，并在凝固时在整个基体中大幅增加形核质点，细化晶粒、改善组织、强化性能。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其搅拌铸造制备工艺，属于金属基复合材料制备领域。

背景技术

用作增强相的复合材料多为陶瓷颗粒、纤维，金属颗粒纤维等，这些复合材料常具有较好的强度和韧性，但仍存在诸多方面的问题，如陶瓷颗粒和纤维增强体与铝基体之间浸润性差、界面结合不良、颗粒分布不均等，严重影响了结构用铝基复合材料的大规模生产与推广应用。

高熵合金是一种由五种及五种以上元素构成的新型多主元合金，每种元素的摩尔质量相等或接近相等。因此，高熵合金具有许多区别于传统合金的组织和性能，例如高强度、良好热稳定性、耐磨性和耐腐蚀性，高热阻、高电阻等。源于金属与金属之前天然的界面结合特性，高熵合金与铝基体的界面润湿性与界面相容性很好，可以解决陶瓷颗粒增强体与金属基体之间浸润性差、界面结合不良等问题。采用包括粉末冶金、热挤压、热压烧结等制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料的报导，但这些工艺成型大尺寸复合材料块体和成型件方面存在较大的难度。采用液态搅拌法在制备成型大尺寸复合材料方面有较大的优势，但采用液态搅拌法将高熵合金颗粒均匀分散混入基体中存在较大的难度，高熵合金颗粒具有大的比表面积，采用常规的搅拌加粉方式，高熵合金颗粒倾向于飘在熔体的表面，并不能与高温下的铝合金基体很好的润湿和分散。专利CN201510988188.X将高熵合金颗粒密封入铝合金管，再将分段的铝合金管添加入熔融基体，之后搅拌分散，该专利采用的是将高熵合金颗粒包住压入铝合金基体内部进行搅拌，防止颗粒飘到材料表面，但其存在一定的问题，原因是铝合金管熔化时高熵合金颗粒仍然是以大量的团聚体的形式与铝合金基体进行接触，单个颗粒与铝合金基体接触并不充分仍然存在分散不好润湿不良的问题，纯机械搅拌也仅仅能对高熵合金颗粒进行宏观分散，其微观分散并不均匀，其凝固组织中仍然会存在大量的颗粒团聚体被包裹凝固的现象存在，这对复合材料的微观均匀性和组织性能的提高造成了阻碍，尤其随着加入高熵合金成分比例增加，单个颗粒与铝合金基体接触的概率和面积进一步减小，纯机械搅拌也仅仅能对高熵合金颗粒进行宏观分散，其局部微观部分分散不好与润湿不良的问题变得严重，其微观分散并不均匀，其凝固组织中会存在大量的颗粒团聚体被包裹凝固的现象存在，在专利CN201510988188.X的图3中出现了大量的黑色片层状颗粒，这些都是高熵合金分散不良形成的团聚物，此外高熵合金颗粒的微观局部如果能够充分的均匀分散非常有利于高温铝合金基体的非均质形核，从而大幅细化晶粒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提高增强相颗粒与基体熔体的润湿性，使高熵合金颗粒在合金基体内实现宏观与微观的充分分布均匀，进一步增加细晶效果与颗粒增强效果，提高铝基材料的综合性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的制备方法，通过气体分散搅拌装置将机械合金化后制备的高熵合金颗粒加入到熔融的铝合金基体中搅拌分散，之后进行振动除气，最后采用铸造工艺制备成型高熵合金颗粒增强铝基复合材料的成型件。气体分散搅拌装置将高熵合金颗粒引入铝合金基体的过程分为将高熵合金颗粒吹入铝合金基体和单独搅拌两个过程。