一种铝基非晶/高熵合金复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝基非晶/高熵合金复合材料及制备方法，属于金属复合材料领域。所述复合材料密度较低，抗压强度高，并具有一定的变形能力。所述方法步骤：将Al、Cu和Ti或Al、Fe和Ti或Al、Ni和Ti的金属粉末装入球磨罐，在Ar气氛的手套箱中向球磨罐中注入甲苯，封罐后从手套箱中取出，进行球磨，得到铝基非晶粉末；将Al、Co、Cr、Fe和Ni金属块体配成原始材料，在真空下，氩气作为保护气体，进行合金化熔炼，得到AlCoCrFeNi高熵合金的母合金锭；将得到的母合金锭进行雾化，筛选得到粒径为20～100μm的球形高熵合金粉末；将得到的铝基非晶合金粉末和高熵合金粉末进行球磨混合后，装入硬质合金模具中进行烧结，得到所述铝基非晶/高熵合金复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基非晶/高熵合金复合材料及制备方法
本专利技术涉及一种铝基非晶/高熵合金复合材料及制备方法，属于金属复合材料领域。
技术介绍
铝基非晶合金由于具有密度低、强度高的特点，受到了广大科研工作者的极大关注。研究表明，含铝原子百分数为84～86％的非晶合金，其拉伸强度可达1000MPa以上，是传统铝合金抗拉强度(约600MPa)的2～4倍。当铝基非晶基体中弥散分布少量α-Al纳米粒子时，其强度高达1560MPa，是单相非晶态合金强度的1.5倍，适量α-Al纳米粒子的弥散分布可进一步提高铝基非晶合金的强度和塑性。纳米晶体相增强的铝基非晶合金，其强度可达到或超过钢的强度，而密度却不到钢的40％，因而具有广阔的应用前景。由于铝基非晶合金的非晶形成能力低，快速凝固技术获得非晶试样的最大尺寸仅为1mm，远不能满足应用需求，而粉末冶金技术为制备大块铝基非晶合金提供了新的途径。放电等离子烧结(SPS)具有升温速率快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特点，非常适合非晶合金粉末的烧结，可用来进一步突破非晶合金的尺寸限制，制备出相对密度高的块体非晶合金。目前通过放电等离子烧结方法制备的铝基非晶合金虽然强度一般在1000MPa以上，但是其变形能力较差，应变一般在2％以下。而目前可以通过外加第二相颗粒的方法来增加其变形能力。一般所加颗粒为纯金属颗粒，比如铝、铜和铁颗粒等。此类颗粒虽然可以改善复合材料的变形能力，但是由于自身强度较低，导致复合材料的强度相比铝基非晶合金有很大程度的降低，比如铝基非晶/铝粉复合材料的强度一般在600MPa以下。
技术实现思路
针对外加第二相颗粒增强铝基非晶复合材料形变能力而导致复合材料强度低的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种铝基非晶/高熵合金复合材料，所述复合材料密度较低，抗压强度高，并具有一定的变形能力。本专利技术的目的之二在于提供一种所述铝基非晶/高熵合金复合材料的制备方法，所述方法通过机械合金化获得铝基非晶合金粉末，利用气雾化法获得高熵合金粉末，然后通过放电等离子烧结获得铝基非晶/高熵合金复合材料。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种铝基非晶/高熵合金复合材料，以所述复合材料的体积为100％计，其各组成成分及体积分数为：铝基非晶25～50％，高熵合金50～75％。所述铝基非晶为机械合金化制备的Al-Cu-Ti、Al-Fe-Ti或Al-Ni-Ti。所述高熵合金为利用氩气雾化法制备的AlCoCrFeNi。一种本专利技术所述的铝基非晶/高熵合金复合材料的制备方法，所述方法步骤如下；步骤1.将Al、Cu和Ti金属粉末按原子百分比65:16.5:18.5或Al、Fe和Ti金属粉末按照原子百分比70:25:5或Al、Ni和Ti金属粉末按照原子百分比88:6:6装入球磨罐中，球料比为10～20:1；在Ar气氛的手套箱中向球磨罐中注入6～10ml甲苯作为工程控制剂，并封罐；从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，球磨转速为600～800r/min，球磨时间为25～35h，得到铝基非晶粉末；步骤2.将纯度≥99.9％的Al、Co、Cr、Fe和Ni金属块体按摩尔比0.4～1.0:1.0～1.6:1.0:1.0:1.0配成原始材料，在真空度2.5×10-3～5.0×10-4Pa下，以氩气作为保护气体，并在搅拌下熔炼10～15min，得到合金液；将合金液冷却，得到合金锭；将得到的合金锭翻转，重复熔炼4次以上，得到AlCoCrFeNi高熵合金的母合金锭；将母合金锭装入真空金属雾化制粉炉中，在过热度为100～200℃，雾化气压5～10MPa条件下进行雾化，并对雾化后的粉末颗粒粒径进行筛选，得到粒径为20～100μm的球形高熵合金粉末；步骤3.将步骤1得到的铝基非晶合金粉末和步骤2得到的高熵合金粉末装入球磨罐中，并在Ar气氛的手套箱中封罐，从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，不加球磨介质，在球磨机转速为600～800r/min下混合10～15h后，得到铝基非晶/高熵合金混合粉末；步骤4.将步骤3得到的铝基非晶/高熵合金混合粉末装入硬质合金模具中，利用放电等离子烧结技术，在升温速率为100～150℃/min，烧结温度为550～600℃，压强为300～400MPa下进行烧结，保温5～10min后降到室温，得到所述铝基非晶/高熵合金复合材料。所述Al、Cu、Fe、Ni、Ti金属粉末纯度≥99.5％，粒径≤50μm。有益效果：(1)本专利技术所述的铝基非晶/高熵合金复合材料相对密度≥98％，抗压强度≥2800Mpa，并具有一定的变形能力。所述复合材料中高熵合金是新近发展起来的一类新型金属材料，具有优异的综合力学性能，如高强度、高硬度等，在所述复合材料中其体积分数为50～75％，能够显著增加复合材料的强度。(2)本专利技术所述方法利用机械合金化球磨Al-Cu-Ti或者Al-Fe-Ti或者Al-Ni-Ti粉末，得到的非晶粉末形状极不规则，具有较高的表面活性；而通过氩气雾化法制备得到的高熵合金粉末为球形，表面几乎无氧化现象，这两种粉末按照一定体积分数混合后具有较好的烧结性能；放电等离子烧结过程中，采用硬质合金模具代替传统的石墨模具，可提高烧结时的压强，有利于提高烧结试样的相对密度，从而制备出抗压强度高、相对密度高的铝基非晶/高熵合金复合材料。附图说明图1为实施例1制备的铝基非晶/高熵合金复合材料的X射线衍射(XRD)图。图2为实施例1制备的铝基非晶/高熵合金复合材料的低倍扫描电子显微镜(SEM)图。图3为实施例1制备的铝基非晶/高熵合金复合材料的高倍扫描电子显微镜(SEM)图。图4为实施例1制备的铝基非晶/高熵合金复合材料的应力-应变曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述。以下实施例中：所用仪器设备：球磨机：SPEX8000D，高能球磨机，美国；电弧熔炼炉：DHL-400，高真空非自耗电弧熔炼炉，中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司；真空金属雾化制粉炉：自制真空金属雾化制粉炉，能够制备出具有较好球形度的金属合金粉末；放电等离子烧结炉：Model1050，日本SumitomoCoalMining；硬质合金模具：型号YG15硬质合金模具。对所制备的铝基非晶/高熵合金复合材料进行的表征：(1)物相分析：采用德国BrukerAXS公司D8advanceX射线衍射仪进行物相分析，工作电压和电流分别为40KV和40mA，X射线源为CuKα(λ＝0.1542nm)射线，扫描速度为0.2sec/step，扫描步长为0.02°/step；(2)形貌表征：采用日本日立公司的HITACHIS4800型冷场发射扫描电子显微镜进行微观形貌表征，二次电子成像，工作电压为15kV；(3)准静态压缩试验：采用CMT4305型微机电子万能试验机进行室温轴向准静态压缩试验，测试试样依据金属材料室温压缩试验方法(GB-T7314-2005)国家标准中的有关规定制成直径为4mm，高度8mm的圆柱形试样，测试所采用的试验机应变率为10-3s-1，测得试样的抗压强度；(4)相对密度测试：利用阿基米德排水法测得试样的相对密度。实施例1(1)将纯度≥99.5％，粒径≤50μm的Al、Cu和Ti金属粉末按原子百分比65:16.5:18.5装入球磨罐中，球料比为10:1，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基非晶/高熵合金复合材料，其特征在于：以所述复合材料的体积为100％计，其各组成成分及体积分数为：铝基非晶25～50％，高熵合金50～75％。

【技术特征摘要】
1.一种铝基非晶/高熵合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下；步骤1.将Al、Cu和Ti金属粉末按原子百分比65:16.5:18.5或Al、Fe和Ti金属粉末按照原子百分比70:25:5或Al、Ni和Ti金属粉末按照原子百分比88:6:6装入球磨罐中，球料比为10～20:1；在Ar气氛的手套箱中向球磨罐中注入6～10ml甲苯，并封罐；从手套箱中取出球磨罐后装入球磨机中，球磨转速为600～800r/min，球磨时间为25～35h，得到铝基非晶粉末；步骤2.将纯度≥99.9％的Al、Co、Cr、Fe和Ni金属块体按摩尔比0.4～1.0:1.0～1.6:1.0:1.0:1.0配成原始材料，在真空度2.5×10-3～5.0×10-4Pa下，以氩气作为保护气体，并在搅拌下熔炼10～15min，得到合金液；将合金液冷却，得到合金锭；将得到的合金锭翻转，重复熔炼4次以上，得到AlCoCrFeNi高熵合金的母合金锭；将母合金锭装入真空金属雾化制粉炉中，在过热度为100～200...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛云飞，谈震，曹堂清，王鲁，张鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11