[发明专利]一种高熵非晶微叠层复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料及其制备技术领域，涉及一种高熵非晶微叠层复合材料及其制备方法。该复合材料由Co‑Fe‑Ta‑Cr‑B非晶合金层和Al‑Co‑Cr‑Fe‑Ni高熵合金层交替组成，非晶合金层和高熵合金层单层厚度在50μm～300μm；非晶合金层和高熵合金层单层厚度比值为：1：0.5～1：1.5；非晶合金层按原子百分含量含有：18％～27％Fe、16％～25％Ta、12％～19％Cr、9％～17％B，余量为Co；高熵合金层按原子百分含量含有：15％～25％Co、20％～28％Cr、13％～21％Fe、8.5％～15.5％Ni，余量为Al；通过调节非晶强性层和高熵韧性层之间的厚度比例来获得不同的复合材料力学性能，当非晶层和高熵层厚度比值相当时，复合材料兼具有优异的强度和塑韧性。

技术领域

本发明属于复合材料及其制备技术领域，涉及一种高熵非晶微叠层复合材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金作为一种结构奇特且具有优异性能的金属材料，一直受到科学研究和工业应用的极大关注。但是，非晶合金由于临界尺寸和制备工艺等限制，仍旧难以作为大型结构材料得以推广和应用。通过研究发现，目前具有较高非晶形成能力的合金可通过激光表面熔覆、母合金表面重熔或者激光增材制造的方法制备得到，但其热流仍通过基体传导，完全通过基体传导的方法不易实现合金的完全非晶化，会造成部分晶化现象，因此仅能获得厚度为几十～几百微米左右的非晶合金层。

另外，非晶合金虽然具有高的硬度和强度，但非晶合金的宏观韧塑性较差，一直成为其作为优秀结构材料应用的瓶颈。人们通过开发新型高塑性变形能力的非晶合金成分、在非晶合金基体中添加第二相以及表面处理等多种方式来改善非晶合金的塑性。但仍没有从根本上解决非晶合金的脆性问题。

利用高熵合金作为韧性层解决非晶合金脆性的问题目前并无相关的文献报导。采取有效的制备手段制备高熵非晶微叠层复合材料，可突破非晶合金的尺寸和工艺限制并提高非晶合金的韧塑性，建立一种新型的非晶合金复合材料制备方法，对于推动非晶合金实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高熵非晶微叠层复合材料及其制备方法，利用激光增材制造技术交替在基板上制备具有一定厚度比例的非晶合金层和高熵合金层，最终获得具有优异力学性能的高熵非晶微叠层复合材料。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种高熵非晶微叠层复合材料，该复合材料由Co-Fe-Ta-Cr-B非晶合金层和Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金层交替组成，非晶合金层和高熵合金层单层厚度在50μm～300μm；非晶合金层和高熵合金层单层厚度比值为：1：0.5～1：1.5；

非晶合金层按原子百分含量含有：18％～27％Fe、16％～25％Ta、12％～19％Cr、9％～17％B，余量为Co；高熵合金层按原子百分含量含有：15％～25％Co、20％～28％Cr、13％～21％Fe、8.5％～15.5％Ni，余量为Al。

进一步地，非晶合金层按原子百分含量含有：21％～25％Fe、19％～22％Ta、16％～18％Cr、13％～16％B，余量为Co；高熵合金层按原子百分含量含有：18％～22％Co、21％～25％Cr、16％～19％Fe、11.5％～13.5％Ni，余量为Al。

非晶合金层的单层厚度在100～200μm。非晶层厚度在这个范围时，复合材料性能最佳，可以有效促使裂纹发生钝化、偏转和弯曲等多种增韧方式，使微叠层复合材料具有优异的强度和塑韧性；厚度大于200μm时，一方面是材料脆性增加，高熵层对材料的增韧效果变差，另一方面是容易导致非晶合金中部分区域发生晶化；厚度小于100μm时，不能充分发挥非晶合金层的高强度和高硬度，且成形效率太低。

所述微叠层复合材料具有优异的强度和塑韧性，但是控制非晶合金层和高熵合金层单层厚度的不同比例关系，得到的复合材料的性能各有侧重：