[发明专利]一种粉末冶金高熵合金基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金高熵合金基复合材料的制备方法。属于粉末冶金材料制备技术领域。

背景技术

高熵合金是以五种或五种以上金属作为主要元素，每种元素的摩尔分数在5％到35％之间，具有简单的固溶体相结构，如面心立方结构(FCC)相、无序体心立方结构(BCC)相、有序体心立方结构(B2)相或密排六方结构(HCP)相。由于高熵合金具有高熵、大晶格畸变、缓慢扩散以及Cocktail效应等特征，使得合金在微观结构上呈现出简单固溶体相结构，而性能上表现为高强度/硬度与加工硬化性、耐高温氧化与软化、具有良好的耐磨性与耐腐蚀性，其综合性能明显超过了传统的金属材料，因而受到广泛的关注。组成高熵合金的固溶体相是由简单的面心立方结构(FCC)相、无序体心立方结构(BCC)相、有序体心立方结构(B2)相或密排六方结构(HCP)相组成，合金的组成主要包括含Al的高熵合金或不含Al的高熵合金，前者主要由FCC相、BCC相、B2相等组成多相结构，具有高强度/硬度、耐磨和耐高温等特点；而后者由单一的FCC相组成，具有室温韧性好、耐腐蚀以及良好的加工性能等优点，但合金的室温强度相对偏低，需要进一步的后续加工以提高强度。粉末冶金高熵合金基复合材料是以高熵合金作为基体相，添加其它颗粒相作为增强体，该系复合材料具有高强/高韧、耐高温抗软化、以及良好的耐蚀性能，有望成为新一代高温结构与功能材料。二硼化钛(TiB₂)具有高强度、高弹性模量及高导电导热等优点，在传统的金属基复合材料得到了广泛应用，显著提高金属基复合材料的强度与韧性。

中国专利(申请号：200810063807.4，2008年)开发了一种以TiB₂为增强相的高熵合金基复合材料，其制备方法包括采用电弧熔炼、感应熔炼、自蔓延-熔铸或粉末冶金工艺制造等，其中电电弧熔炼、感应熔炼、自蔓延-熔铸等三种方法均匀是把组成高熵合金的基体材料熔化变成液体，然后通过添加增强体相到熔体中搅拌铸造成型，这些方法普遍存在着复合材料中的高熵合金基体的成分不均匀、出现严重的枝晶偏析，而增强体出现团聚、分布不均匀，同时基体相与增强体之间会发生不同程度的反应，导致复合材料的基体与增强体之间的界面出现有害相，降低了复合材料的强度；而采用粉末冶金工艺制备高熵合金基复合材料，该方法是：(1)把TiB₂增强相和组成高熵合金的Al、Cu、Ni、Co、Ti等金属按比例称取各元素粉末原料密封混合均匀，然后压制成块，再冷压成预制块；(2)将冷压预制块干燥、除气，然后放入石墨模具进行热压烧结2h，炉冷得到复合材料。该方法采用把组成高熵合金的各元素金属粉末原料与增强体TiB₂混合热压烧结，制备工艺比较长，难于保证复合材料的基体是高纯高熵合金，而且因组成高熵合金的各金属元素的熔点与活性不同，较长时间的高温烧结过程中，TiB₂增强体与基体各金属元素会发生不同程度的反应，难以控制复合材料的相组成。

目前尚没有采用雾化法制备的球形高熵合金粉作为基体相原料，通过放电等离子烧结方法制备二硼化钛增强的粉末冶金高熵合金基复合材料。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术之不足，而提供一种工艺简单，操作方便的粉末冶金高熵合金基复合材料的制备方法。本发明所制备的粉末冶金高熵合金基复合材料具有较高的致密度，增强体分布均匀、与基体界面结合良好，产品质量综合性能优良。

本发明的目的通过以下技术方案来实现的：

本发明一种粉末冶金高熵合金基复合材料的制备方法，所述高熵合金基复合材料由高熵合金基体与增强相组成；首先，按设计的高熵合金基体的组分配比配取各组分，采用雾化法制备高熵合金粉末；然后，按设计的高熵合金基复合材料组分配比，配取高熵合金粉末与增强相粉末，混合均匀后，快速烧结成型。

本发明一种粉末冶金高熵合金基复合材料的制备方法，包括下述步骤：

第一步：高熵合金粉末的制备

按设计的高熵合金基体的组分配比，配取各组分后，加热熔化，在保护气氛下，采用雾化法制备球形高熵合金粉末；

第二步：烧结成型

按设计的高熵合金基复合材料组分配比，配取增强相粉末与第一步得到的高熵合金粉末，混合均匀后，采用放电等离子烧结成型，烧结工艺参数为：烧结温度1000～1300℃，烧结时间5～15min，压力30～60MPa。

本发明一种粉末冶金高熵合金基复合材料的制备方法，所述高熵合金基复合材料包括下述组分，按体积百分比组成：

高熵合金粉末55～95％，