[发明专利]制备高熵合金颗粒增强型细晶铝基复合材料的方法及装置

权利要求书

1.制备高熵合金颗粒增强型细晶铝基复合材料的装置，其特征在于：搅拌摩擦焊装置的工作平台（1）上固定设置有水槽（2），水槽（2）的前侧面上设置有进水口（3），水槽（2）的后侧面上设置有出水口（4），进水口（3）与出水口（4）关于水槽（2）中心对称；夹具安装在水槽（2）中，所述夹具包括垫块（5）、压块（6）和锁紧螺栓，垫块（5）固定安装于水槽（2）中，垫块（5）的前后两端分别设置有压块（6），锁紧螺栓分别设置于垫块（5）的首尾两端，锁紧螺栓将待加工铝合金板（8）压紧于压块（6）与垫块（5）之间。

2.采用如权利要求1所述的装置制备高熵合金颗粒增强型细晶铝基复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、铝合金板（8）表面预处理

若铝合金板（8）的厚度≤5mm，打磨铝合金板（8）任一侧表面作为待加工表面，若铝合金板（8）的厚度为5＜厚度≤10mm，分别打磨铝合金板（8）上下两侧表面作为待加工表面，直至待加工表面粗糙度为0.8 µm，然后在铝合金板（8）的待加工表面上冲制若干直径为1.5~3mm的盲孔（9），盲孔（9）间距为0.5~1 mm，若铝合金板（8）的厚度≤5mm时，盲孔（9）孔底与铝合金板（8）底面之间的距离为0.5 mm，若铝合金板（8）的厚度为5＜厚度≤10mm，盲孔（9）孔底与铝合金板（8）中心线之间的距离为0.5 mm；

S2、将粒径为15~53 µm的高熵合金粉末填入步骤S1冲制的盲孔（9）中，采用圆柱棒将填入盲孔（9）中的高熵合金粉末压实，圆柱棒与盲孔（9）内壁间隙配合，重复操作本步骤S2多次，直至压实的高熵合金粉末填满盲孔（9）；

S3、将步骤S2制得的填实高熵合金粉末后的铝合金板（8）装卡在水槽（2）内的夹具上，采用无针搅拌头（11）对待加工表面上盲孔（9）的开口处进行密封处理，无针搅拌头（11）的旋转速度为1000~1400 rad/min，行进速度为40~60 mm/min，压入量为0.3~0.5 mm，倾斜角为0~3°，盲孔（9）开口处制得密封层（10），防止加工过程盲孔（9）内高熵合金粉末逸出；

S4、启动冷却水系统，冷却水持续由水槽（2）的进水口（3）流入，然后由出水口（4）排出，冷却水流速为2000~4500 L/h，冷却水循环过程中保证铝合金板（8）全部浸没在水中，并且铝合金板（8）的浸没深度不小于20mm；搅拌摩擦焊装置控制有针搅拌头（7），移动至铝合金板（8）待加工面的上方，有针搅拌头（7）在水下进行3~5道次搅拌摩擦加工，每次有针搅拌头（7）行进方向均与前次方向相反，有针搅拌头（7）旋转速度为1000~1400rad/min，行进速度为40~60 mm/min，压入量为0.3~0.5 mm，倾斜角为0~3°；

S5、打磨、砂光处理：有针搅拌头（7）经过3~5道次搅拌摩擦加工后移出加工工位，拧松夹具将制备出的铝基复合板置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及加工后的表面，制得高熵合金颗粒增强型细晶铝基复合材料层（12）。

3.根据权利要求2所述制备高熵合金颗粒增强型细晶铝基复合材料的方法，其特征在于：所述铝合金板（8）的材质为5083Al，所述高熵合金粉末的材质为AlCoCrFeNi高熵合金粉。