[发明专利]一种耐磨耐腐蚀高熵合金基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了合金基复合材料技术领域的一种耐磨耐腐蚀高熵合金基复合材料及其制备方法，高熵合金基复合材料成分包括：Fe、Co、Cr、Ni；步骤一：按照等原子比的成分配比：步骤二：WC‑FeCoCrNi复合粉体的制备：步骤三：块体的制备：步骤四：对制备完成后的复合材料进行测试：对复合材料的硬度、力学性能、磨损性能、复合材料在模拟海洋环境中的腐蚀行为测试，所获得的WC‑HEA复合材料由于WC硬质颗粒与Cr_mC_n相的共同强化作用，其耐磨性获得极大的提升，并且由于WC的加入，WC‑HEA复合材料可以获得良好耐全面腐蚀和耐点蚀性能，不仅可以继承FCC体系高熵合金的高塑性变形能力和良好的耐腐蚀性等特点，还可以利用增强相提高高熵合金的硬度、强度、耐磨性等性能。

技术领域

本发明涉及合金基复合材料技术领域，具体为一种耐磨耐腐蚀高熵合金基复合材料及其制备方法。

背景技术

高熵合金(HEAs)是一种以多种元素为主元的新型合金体系，M.H.Tsai (M.H.Tsaiet al,Materials Research Letters,2014,2:107-123)总结出有关高熵合金的典型四大效应，即热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的鸡尾酒效应，这四大效应对高熵合金的组织和性能产生了显著的影响，使其在贮氢材料、软磁材料、结构材料等众多领域得到了广泛的研究和开发。

HEAs合金可以形成单相固溶体结构，其中面心立方(FCC)单相固溶体由于其优异的塑韧性，研究最为广泛。等原子比的FeCoCrNi高熵合金体系的原子尺寸差δ＝1.03％，混合熵ΔS_mix＝1.34R(R＝8.314J/mol·K)，混合焓ΔH_mix＝-3.75KJ/mol，容易形成简单而单一的FCC固溶体结构，且这种单相合金成分均匀、无明显宏观偏析且组织稳定，具有优异的热稳定性、塑性以及耐腐蚀性，是目前研究较为典型的高熵合金。FCC单相结构的HEAs体系与传统的合金类似，虽然有较高的延展性但是屈服强度与硬度有限，难以满足目前的应用需求。材料的复合，即通过引入增强体实现金属基体的强化，具有比强度高、导电导热性能好、尺寸稳定性好等一系列优点，有望使材料获得更加优异的性能。

目前，大多数研究采用真空熔炼法和粉末冶金法制备块体高熵合金基复合材料。其中真空熔炼法是当前使用最多的方法，但由于HEAs包含多种元素，并且基体和增强体的熔点相差很大，在熔炼过程中很难避免高熔点元素的成分偏析和低熔点元素的挥发，例如专利CN107142410A公开的名称为“CrMoNbTiZr高熵合金材料及其制备方法”中，采用真空熔炼法制备了具有体心立方(BCC)结构固溶体相和Laves相的高熵合金，但该合金铸锭具有粗大的枝晶结构，枝晶内与枝晶界存在一定的成分偏析，这些都会对样品的力学性能造成不利影响；此外高熵合金在熔炼的过程中极易生成一些脆性金属间化合物，并会出现缩松、气孔等缺陷，对合金性能造成更加恶劣的影响。同时真空熔炼法制备的块体合金大小还受限于熔炼炉的尺寸，其工业应用和发展受到限制。粉末冶金法是一种低成本、高效率的生产工艺，广泛应用于非平衡材料的制备。在专利 CN108060322A公开的名称为“硬质高熵合金复合材料的制备方法”中，采用粉末冶金法制备了硬质高熵合金复合材料，但该发明是通过240-280r/min的一步低能球磨法制备复合材料粉末，该一步球磨法会使超硬材料粉WC、BN等与合金元素粉发生化学反应，生成一种或多种分布不均匀的碳化物或氮化物，对复合材料的性能造成不良的影响，另外此发明也未对该材料的耐磨性能和耐腐蚀性能进行分析和报道。

因此本发明希望开发出一种综合性能优异的高熵合金基复合材料，使其不仅可以继承FCC体系高熵合金的高塑性变形能力和良好的耐腐蚀性等特点，还可以利用增强相提高高熵合金的硬度、强度、耐磨性等性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨耐腐蚀高熵合金基复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。