一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法技术

一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法属于金属基复合材料制造技术；所述方法通过高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料制备、镁合金熔体制备、超声处理、机械振动处理及浇注冷却加工处理得到抗拉强度可达220MPa、维氏硬度为89HV的高熵合金颗粒增强镁基复合材料，所述复合材料组织中高熵合金颗粒分散均匀，回收镁合金屑利用率高，高熵合金与镁合金界面结合相容性好，硬度、抗拉强度及塑性大幅度提高，其方法科学合理、简单，方便使用。

Preparation of Magnesium Matrix Composites Reinforced by High Entropy Alloy Particles

【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法
本专利技术属于金属基复合材料制造技术，主要涉及一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料的制备方法。
技术介绍
镁合金具有密度小、比强度高、低的热膨胀系和优良的减震性等优点，在航空航天和汽车产业、电子产品等领域具有广阔的应用前景。但镁合金室温力学性能较低，限制了其在工程上的应用范围。目前，镁基复合材料的增强相多为陶瓷颗粒，如SiC、B4C、AlN和Al2O3等，这些陶瓷颗粒增强体与镁基体之间存在润湿性很差、界面结合不良以及颗粒分布不均等问题，导致镁基复合材料的塑形和韧性较差，严重限制了镁基复合材料在结构材料方面的推广应用。高熵合金是一种全新的合金体系，具有高强度、良好的热稳定性、较好的耐磨性和耐腐蚀性等性能。由于金属-金属间天然的界面结合特性，高熵合金与镁合金基体间的界面润湿性与界面相容性具备一定的优势。研究表明，若采用高熵合金作为增强相来增强增韧镁合金，可以解决陶瓷颗粒增强体与镁基体之间界面浸润性差、界面结合不良等问题。然而目前采用高熵合金颗粒增强相制备镁基复合材料的文献报道甚少。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合采用高熵合金作为增强相来增强增韧镁合金的实际需要和可能，研究一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法，达到复合材料组织中高熵合金颗粒分散均匀、高熵合金与镁合金界面结合相容性好、复合材料硬度、抗拉强度和塑性高的目的。本专利技术的目的是这样实现的：一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法，所述方法包括以下步骤：①、高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料的制备：将按重量比1∶1称量的高熵合金颗粒与尺寸小于2mm的镁合金屑一并置于不锈钢真空磨罐中，抽真空后充入惰性气体进行球磨，在100-450r/min球磨转速范围内先进行低能球磨1小时，尔后逐渐提高球磨转速，每半小时停止5分钟，完成变速球磨，球磨时间3-10h，得预分散混合料，将预分散混合料在60-150℃条件下预热30-120min；②、镁合金熔体制备：将镁合金加热至690-740℃，使其呈熔化状态，熔炼过程中通入保护气体；将步骤①中预热的预分散混合料通过旋转喷吹设备利用旋转喷吹气体以10-40g/min的速度加入到镁合金溶体中，加入结束后继续旋转喷吹搅拌5-20min，得混合体；③、超声处理：将步骤②中得到的混合体在温度为600-700℃条件下进行超声处理，超声频率20KHz，超声时间10-30min，得颗粒一镁合金熔体；④、机械振动处理：将步骤③中得到的颗粒-镁合金熔体在振动频率50Hz、时间30-1200S条件下机械振动；⑤、浇注冷却：将步骤④机械振动后的颗粒-镁合金熔体浇注到温度为400-450℃模具中，自然冷却，得高熵合金颗粒增强镁基复合材料。本专利技术采用分别制备预分散混合料和镁合金熔体，通过旋转喷吹方法在镁合金熔体内添加预分散混合料，利用超声处理使颗粒分散，机械振动除气得到铸态复合材料，满足工程应用的需求，具有以下优点：在制备过程中以镁合金屑与高熵合金颗粒先进行球磨预分散，然后在预热后，通过搅拌与超声处理有利于颗粒在基体中的分散。本专利技术属于液态法制备复合材料，颗粒与基体合金之间的界面结合较好。本专利技术通过添加一定粒径的高熵合金颗粒能够明显的细化晶粒，提高硬度、强度和塑性。本专利技术通过变速球磨和选择镁合金屑尺寸，可以获得均匀分散的预分散混合料。本专利技术通过旋转喷吹设备使预分散混合料随气体在搅拌过程中添加进入镁合金熔体中，减少机械搅拌卷入的氧化物和夹杂物，起到精炼除杂作用。本专利技术浇注前进行机械振动避免了因长时间搅拌和旋转喷吹通气，产生的气孔含量高问题。本专利技术中使用镁合金废屑，生产成本低。具体实施方式下面对本专利技术实施方案进行详细描述。一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法，所述方法包括以下步骤：①、高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料的制备：将按重量比1∶1称量的高熵合金颗粒与尺寸小于2mm的镁合金屑一并置于不锈钢真空磨罐中，抽真空后充入惰性气体进行球磨，在100-450r/min球磨转速范围内先进行低能球磨1小时，尔后逐渐提高球磨转速，每半小时停止5分钟，完成变速球磨，球磨时间3-10h，得预分散混合料，将预分散混合料在60-150℃条件下预热30-120min；②、镁合金熔体制备：将镁合金加热至690-740℃，使其呈熔化状态，熔炼过程中通入保护气体；将步骤①中预热的预分散混合料通过旋转喷吹设备利用旋转喷吹气体以10-40g/min的速度加入到镁合金溶体中，加入结束后继续旋转喷吹搅拌5-20min，得混合体；③、超声处理：将步骤②中得到的混合体在温度为600-700℃条件下进行超声处理，超声频率20KHz，超声时间10-30min，得颗粒-镁合金熔体；④、机械振动处理：将步骤③中得到的颗粒-镁合金熔体在振动频率50Hz、时间30-1200S条件下机械振动；⑤、浇注冷却：将步骤④机械振动后的颗粒-镁合金熔体浇注到温度为400-450℃模具中，自然冷却，得高熵合金颗粒增强镁基复合材料。所述保护气体为六氟化硫、二氧化碳、惰性气体的一种或两种混合气体，优选为六氟化硫与二氧化碳按1∶20或1∶100的体积比混合气体。所述旋转喷吹气体为惰性气体的一种或两种混合气体。所述高熵合金颗粒为CoCrFeNi系、AlCoCrFeNi系、AlCoCrCuFeNi系或AlCoCuFeNi系中的一种。所述镁合金为变形镁合金或铸造镁合金。所述镁合金为Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Mn系或Mg-Li系。本制备方法得到的高熵合金颗粒增强镁基复合材料维氏硬度、抗拉强度及塑性(延伸率)均有大幅度提高(见下表)，技术效果显著且突出。高熵合金颗粒增强镁基复合材料的硬度值和强度值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：①、高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料的制备：将按重量比1∶1称量的高熵合金颗粒与尺寸小于2mm的镁合金屑一并置于不锈钢真空磨罐中，抽真空后充入惰性气体进行球磨，在100‑450r/min球磨转速范围内先进行低能球磨1小时，尔后逐渐提高球磨转速，每半小时停止5分钟，完成变速球磨，球磨时间3‑10h，得预分散混合料，将预分散混合料在60‑150℃条件下预热30‑120min；②、镁合金熔体制备：将镁合金加热至690‑740℃，使其呈熔化状态，熔炼过程中通入保护气体；将步骤①中预热的预分散混合料通过旋转喷吹设备利用旋转喷吹气体以10‑40g/min的速度加入到镁合金溶体中，加入结束后继续旋转喷吹搅拌5‑20min，得混合体；③、超声处理：将步骤②中得到的混合体在温度为600‑700℃条件下进行超声处理，超声频率20KHz，超声时间10‑30min，得颗粒‑镁合金熔体；④、机械振动处理：将步骤③中得到的颗粒‑镁合金熔体在振动频率50Hz、时间30‑1200S条件下机械振动；⑤、浇注冷却：将步骤④机械振动后的颗粒‑镁合金熔体浇注到温度为400‑450℃模具中，自然冷却，得高熵合金颗粒增强镁基复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金颗粒增强镁基复合材料制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：①、高熵合金颗粒在镁合金屑中预分散混合料的制备：将按重量比1∶1称量的高熵合金颗粒与尺寸小于2mm的镁合金屑一并置于不锈钢真空磨罐中，抽真空后充入惰性气体进行球磨，在100-450r/min球磨转速范围内先进行低能球磨1小时，尔后逐渐提高球磨转速，每半小时停止5分钟，完成变速球磨，球磨时间3-10h，得预分散混合料，将预分散混合料在60-150℃条件下预热30-120min；②、镁合金熔体制备：将镁合金加热至690-740℃，使其呈熔化状态，熔炼过程中通入保护气体；将步骤①中预热的预分散混合料通过旋转喷吹设备利用旋转喷吹气体以10-40g/min的速度加入到镁合金溶体中，加入结束后继续旋转喷吹搅拌5-20min，得混合体；③、超声处理：将步骤②中得到的混合体在温度为600-700℃条件下进行超声处理，超声频率20KHz，超声时间10-30min，得颗粒-镁合金熔体；④、机械振动处理：将步骤③中得到的颗粒-镁合金熔体在振动频率50Hz、时间30-12...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉泽升，陈永生，孙晓梅，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23