[发明专利]一种外加纳米陶瓷相增强韧化高熵合金复合材料制备方法

说明书

本发明公开了一种外加纳米陶瓷相增强韧化高熵合金复合材料制备方法，以高熵合金颗粒作为基体相，同时外加纳米陶瓷，使外加纳米陶瓷相偏聚在固溶体晶界处，产生陶瓷相增强，同时对韧性的面心立方固溶体造成挤压，形成形变孪晶，从而实现高熵合金复合材料的强塑结合，制备出高强高韧的高熵合金复合材料。所述高强韧的无加工余量的高熵合金复合材料，该复合材料具有显著的高强度、高硬度和优异的压缩强度及塑性。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种高熵合金复合材料的制备方法。

背景技术

块体高熵合金(HEA)具有高强度、高硬度、低的弹性模量与大的弹性应变极限等一系列不同于传统晶态合金的优异力学性能，使得其被认为是极具潜力的结构材料。然而，高脆性使得HEA材料在没有明显室温宏观塑性变形的情况下，以突然失效的方式发生灾难性断裂；高脆性、高硬度对材料的加工带来了极大困难。这些都严重地制约着HEA作为先进结构材料在工程中的大规模应用。因此，室温脆性、加工困难问题已经发展成为HEA材料应用的重要瓶颈。

为改善HEA材料的室温脆性及加工困难的问题，研究者们通过添加不同的金属元素，采用电弧熔铸制备出枝晶偏析的块体材料，这其中以添加Cu效果明显，其压缩塑性应变达到8%以内。随后，张勇等人通过定向凝固技术制备出具有柱状晶组织的高熵合金材料，其压缩韧性有所提高；王艳苹等采用电弧熔铸制备了内生10vol.%TiC 颗粒增强的CrFeCoNiCuAl 高熵合金基复合材料（HEAMCs），TiC 成颗粒状均匀分布在基体上，尺寸约为几个微米。CrFeCoNiCuTi-TiC 复合材料的压缩强度和硬度可分别达到2040MPa 和746HV，压缩塑性约12%。但上述高熵合金材料的塑性的获得，不是大幅度降低了强度就是在提高塑性方面并不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金复合材料，在保持其优异强度和硬度的同时，提高复合材料的塑性。

本发明的高熵合金复合材料，以高熵合金颗粒作为基体相，同时外加纳米陶瓷，使外加纳米陶瓷相偏聚在固溶体晶界处，产生陶瓷相增强，同时对韧性的面心立方固溶体造成挤压，形成形变孪晶，从而实现高熵合金复合材料的强塑结合，制备出高强高韧的高熵合金复合材料。

所述外加纳米陶瓷相增强韧化高熵合金复合材料的制备方法，具体包括以下制备步骤：

①按照复合材料预定成分进行配比，选取高纯的合金粉体及适当的纳米陶瓷粉体。所述合金粉体原子式为：Al_xFeCrCo_yNi(Cu)_mTi_z ，其中0≤x≤0.7，0≤z≤0.7，x+z =0.7，1≤y≤1.5，m为0或1。

所述Al、Fe、Cr、Co、Ni、Cu、Ti金属粉末的纯度>99.9 %，粒度≤45μm。

所述纳米陶瓷粉体为Al₂O₃、TiC、SiC，纯度>99.9%，粒度≤100nm。以合金粉体的体积为100%计，纳米陶瓷粉体的体积为1~20%。

②在氩气保护气氛下采用高能球磨机将合金粉体及纳米陶瓷粉体混合及机械合金化，干磨转速400~500r/min，干磨时间为40~50h，湿磨时间2~5h，湿磨转速为100~300r/min；湿磨后，打开真空罐，真空干燥24~36h后，经50~100r/min球磨1~2h，制备得到高熵合金复合粉末。

③将高熵合金基复合粉末置于石墨或硬质合金模具中烧结，加压30-80MPa，加热至1000-1150℃，保温10-30min，进行高熵合金粉体致密化处理（设备选用真空热压炉或等离子放电烧结炉（SPS）），得到所述高熵合金复合材料。

采用XRD、TEM、力学性能试验机等对所述高熵合金复合材料进行测试。