[发明专利]一种高熵合金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增强铝基复合材料及其制备方法；本发明采用CoCrFeNiMn高熵合金为增强相，7075铝合金为基体。其制备步骤为：(1)球磨混粉获得复合材料粉末；(2)放电等离子烧结制备复合材料块体；(3)对复合材料块体进行热挤压，制备获得CoCrFeNiMn/7075Al复合材料。本发明中采用CoCrFeNiMn高熵合金颗粒作为增强相，与7075铝合金具有良好的润湿性，经过放电等离子烧结与热挤压相结合的制备工艺，使得高熵合金与铝基体具有良好的界面结合，制备得到晶粒细小、综合力学性能出色的复合材料。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料领域，尤其涉及一种高熵合金增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料因具有较高的比强度、比刚度等优势在航空航天、交通等行业而受到广泛关注。高强度、高耐磨的陶瓷颗粒(如SiC、Al₂O₃、TiC等)是铝基复合材料中最常用的增强体，然而，陶瓷颗粒由于与铝基体间较差的润湿性、不匹配的热膨胀系数以及存在不良界面反应等问题，导致颗粒与基体间的界面结合较差，裂纹通常在界面处迅速扩展，最终使得陶瓷颗粒增强铝基复合材料的塑性较差。

为了解决这个问题，金属颗粒被提出作为铝基复合材料的增强材料，它与铝基体有更好的相容性与更匹配的热膨胀系数。常用的金属颗粒有非晶合金与高熵合金。高熵合金为具有四种以上主元素且元素之间的原子比接近相等的一种新型合金体系，与传统合金不同的是，高熵合金通常形成简单的固溶体结构(如FCC结构、BCC结构与HCP结构等)而非复杂的金属间化合物，因而表现出较高的强度、硬度和出色的热稳定性，其中单相FCC高熵合金通常塑性较好，BCC高熵合金则表现出较高的强度。CoCrFeNiMn高熵合金作为FCC单相固溶体，塑性更好，与铝合金结合制备复合材料，具有更优异的强塑性匹配，尤其是对高强度的7系铝合金而言，CoCrFeNiMn/7075Al复合材料可以实现在提高强度的同时，保留一定的塑性。同时相比于非晶合金，高熵合金增强铝基复合材料的加工温度范围更大，强塑性配合更好。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种高熵合金增强铝基复合材料及其制备方法。CoCrFeNiMn高熵合金的结构为FCC单相固溶体，与BCC及HCP结构的高熵合金相比，具有优异的塑性，可以实现强塑性的良好匹配。本方法制备得到的CoCrFeNiMn高熵合金增强铝基复合材料在具有较高强度的同时仍保持着较好的塑性，力学性能优异，性质稳定。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高熵合金增强铝基复合材料：

该复合材料以CoCrFeNiMn高熵合金为增强相，以7075铝合金为基体；

所述CoCrFeNiMn高熵合金的体积分数为3％～10％；

所述7075铝合金的体积分数为90％～97％。

所述的CoCrFeNiMn高熵合金中各个元素为等原子比。

一种高熵合金增强铝基复合材料制备方法：包括如下制备步骤：

步骤一：制备复合粉末

按照预设体积分数取CoCrFeNiMn高熵合金粉末与7075铝基体粉末，放入通有惰性保护气体的球磨罐中密封混合，得到复合粉末；

步骤二：烧结成形坯料

将步骤一中制得的复合粉末装入石墨模具后进行放电等离子烧结，以便把模具中的复合粉末烧结成形，得到烧结坯料包覆包套；

步骤三：热挤压成型

将步骤二中的制得的烧结坯料包覆包套后，置于电阻炉中，在热挤压温度保温，进行热挤压，空冷至室温后，得到高熵合金增强7075铝基复合材料。