[发明专利]一种多相增强铝合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种多相增强铝合金材料及其制备方法。所述多相增强铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以FeCoNiCrMn高熵合金为第一增强相，以碳化钽(TaC)为第二增强相，以MAX相金属为第三增强相。本发明制备通过加入Max相金属，与高熵合金共同作为铝合金基材的增强相，起到增强铝合金基材耐热性和耐磨性的作用；同时在制备高熵合金的过程中，选用合适的球磨剂，克服了高熵合金存在的润湿性差、界面结合不佳等问题，从而形成高硬度、高屈服强度以及具有一定延伸率等优异力学性能的铝合金材料。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种多相增强铝合金材料及其制备方法。

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。

高熵合金的迟滞扩散效应使得该类合金具有很好的耐腐蚀、耐高温、耐磨性能，这与陶瓷类非金属材料接近，但比陶瓷类材料有更好的强韧性，即高熵合金仍保留了金属合金的大部分特征，而且高熵合金保留了金属的晶格结构，与其他晶格常数接近的金属有很好的匹配关系，如果选择一个合适的高熵合金体系，作为铝基体合金的强化相，将非常有希望进一步提高铝合金的高温强度和耐摩擦磨损性能。

基于上述情况，本发明提出了一种多相增强铝合金材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多相增强铝合金材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种多相增强铝合金材料，所述多相增强铝合金材料以铝合金或纯铝为基材，以FeCoNiCrMn高熵合金为第一增强相，以碳化钽(TaC)为第二增强相，以MAX相金属为第三增强相。

优选地，所述多相增强铝合金材料由以下重量百分比的原料组成：FeCoNiCrMn高熵合金14～18wt％、碳化钽(TaC)0.6～0.8wt％、MAX相金属0.2～0.4wt％，余量为铝合金或纯铝基材。

优选地，所述MAX相金属包括钛锡碳(Ti₂SnC)、钛硅碳(Ti₃SiC₂)、二钛铝碳(Ti₂AlC)、三钛铝碳(Ti₃AlC₂)的其中一种。

优选地，所述MAX相金属为钛硅碳(Ti₃SiC₂)。

优选地，所述钛硅碳(Ti₃SiC₂)的比表面积为11.20m²/g，平均粒径为9.10μm，CAS号为12202-82-3。

优选地，所述碳化钽(TaC)的比表面积为25m²/g，平均粒径为500～600nm。

优选地，所述FeCoNiCrMn高熵合金通过以下方法制备而成：在氩气为保护气体的氛围下，将Fe、Co、Ni、Cr、Mn五种金属元素粉末按照等摩尔比配制，采用球磨机机械合金化的方法制备而成；球磨时间为10～20h，转速为280～360r/min；球料比为5:1。

优选地，在机械合金化球磨前加入球磨剂，所述球磨剂为正己烷与正丙醇的组合物，正己烷与正丙醇的体积比例为1:1，用量为与FeCoNiCrMn的合金粉末质量比98～99％：1～2％。

优选地，所述Fe、Co、Ni、Cr、Mn五种金属元素粉末的平均粒径为200～300mn，纯度≥99.8％。