[发明专利]一种制备高熵非晶微叠层复合材料的方法

说明书

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种制备高熵非晶微叠层复合材料的方法，所述方法将非晶合金粉体与具有高韧性的高熵合金粉体分别装入双通道超音速气流送粉装置中，非晶合金粉体为Fe‑Cr‑Y‑Ta‑B合金粉体，高熵合金粉体为Fe‑Cr‑Co‑Ni‑Mn‑Si合金粉体；激光焦点与基板垂直距离为16‑30mm，激光功率：250W～550W；调整工艺参数，将两种粉末通过具有超音速的气流交替送出，最终形成高熵非晶微叠层复合材料。本发明采用微叠层复合材料的特殊构造方法可以使其在综合非晶合金高强度和高熵合金高韧性的优势性能的同时，还由于复合材料中存在大量的界面，可以使其能够利用界面的各种有利特性进行增韧，从而进一步提高其综合性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种制备高熵非晶微叠层复合材料的方法，具体为一种新型激光悬浮熔化超音速粉体气流沉积制备复合材料的方法。

背景技术

非晶合金作为一种新型合金，与传统晶体材料不同，具有长程无序、短程有序的微观结构，且具有强度高、硬度高、抗磨性高、耐腐蚀性好等优点。但非晶合金脆性较大，致使其应用受到限制。同时，块体非晶合金的制备较为困难，且块体非晶合金的临界尺寸很难提高。尤其是铁基非晶合金具有非常高的强度和硬度，但由于受到其脆性和形成能力的限制，铁基非晶合金的产业化主要以铁基非晶带材作为软磁性功能材料，却忽略了铁基非晶合金优异力学性能的应用。事实上，铁基块体非晶合金的强度能够超过4000MPa，工业上铁基非晶软磁合金的强度也能达到3000MPa以上。因此，非晶合金较高的脆性和制备尺寸的局限，限制了其进一步应用。

高熵合金是近年来在探索大块非晶合金的基础上发现的一类无序合金，其最典型的组织为多组元的超级固溶体，固溶强化效应异常强烈且存在极大的晶格畸变。这种独特的晶体结构使得高熵合金具有一些传统合金无法比拟的非常优异的性能，如高强度、高硬度、高室温韧性、高耐磨性、高耐腐蚀性、高电阻热阻以及优异的耐高温性能等。目前研究结果表明，高熵合金的断裂韧性明显优于其他合金，处于目前所知材料最高水平。

针对利用高熵合金提供高塑性作为韧性层以解决非晶合金脆性的问题目前并无相关的文献报导。

发明内容

本发明的目的是：提供一种制备高熵非晶微叠层复合材料的方法，通过将激光悬浮熔化合金粉体与超音速气流高速沉积相结合的方式，通过控制送粉、熔化及沉积位置，使非晶层和高熵层交替沉积在基板上，最终获得无尺寸限制的块体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：

一种制备高熵非晶微叠层复合材料的方法，所述方法将非晶合金粉体与具有高韧性的高熵合金粉体分别装入双通道超音速气流送粉装置中，非晶合金粉体为Fe-Cr-Y-Ta-B合金预制粉体，高熵合金粉体为Fe-Cr-Co-Ni-Mn-Si合金预制粉体；

激光焦点与基板垂直距离为16-30mm，激光功率：250W～550W；

调整工艺参数，将两种粉末通过具有超音速的气流交替送出：

使非晶合金粉体通过激光悬浮加热至熔融态，同时在飞行至沉积基板过程中由超音速气流吹冷至过冷液态，并在基板上沉积形成非晶态合金层；

使高熵合金粉体通过激光悬浮加热至熔融态，并在基板上沉积形成高熵合金层；

如此交替沉积，最终形成高熵非晶微叠层复合材料。采用超音速气流，一方面会帮助合金粉体(熔体)进行致密沉积，另外也有助于合金的急冷，而不仅是靠基板的热传导实现快速凝固，这样就能减少基板的热负担。Fe-Cr-Y-Ta-B非晶合金层的室温断裂强度≥3500MPa，Fe-Cr-Co-Ni-Mn-Si高熵合金层的室温断裂韧性≥65MPa·m^1/2，设计这样的材料组合能够使不同力学性能的结构叠加，获得优异的复合效应。

交替沉积时，非晶态合金层与高熵合金层无先后关系。