本发明专利技术公开了一种高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料及其制备方法。本发明专利技术通过气体分散搅拌装置将机械合金化后制备的高熵合金颗粒加入到熔融的铝合金基体中搅拌分散，之后进行振动除气，最后采用铸造工艺制备成型高熵合金颗粒增强铝基复合材料的成型件。该工艺通过气体分散搅拌装置分散加入熔体内的高熵合金颗粒，增加高熵合金颗粒与铝合金的接触面积与润湿性，避免团聚，宏观与微观分散均匀，改善界面结合性，并在凝固时在整个基体中大幅增加形核质点，细化晶粒、改善组织、强化性能。强化性能。强化性能。
【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其搅拌铸造制备工艺，属于金属基复合材料制备领域。
技术介绍
[0002]用作增强相的复合材料多为陶瓷颗粒、纤维，金属颗粒纤维等，这些复合材料常具有较好的强度和韧性，但仍存在诸多方面的问题，如陶瓷颗粒和纤维增强体与铝基体之间浸润性差、界面结合不良、颗粒分布不均等，严重影响了结构用铝基复合材料的大规模生产与推广应用。
[0003]高熵合金是一种由五种及五种以上元素构成的新型多主元合金，每种元素的摩尔质量相等或接近相等。因此，高熵合金具有许多区别于传统合金的组织和性能，例如高强度、良好热稳定性、耐磨性和耐腐蚀性，高热阻、高电阻等。源于金属与金属之前天然的界面结合特性，高熵合金与铝基体的界面润湿性与界面相容性很好，可以解决陶瓷颗粒增强体与金属基体之间浸润性差、界面结合不良等问题。采用包括粉末冶金、热挤压、热压烧结等制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料的报导，但这些工艺成型大尺寸复合材料块体和成型件方面存在较大的难度。采用液态搅拌法在制备成型大尺寸复合材料方面有较大的优势，但采用液态搅拌法将高熵合金颗粒均匀分散混入基体中存在较大的难度，高熵合金颗粒具有大的比表面积，采用常规的搅拌加粉方式，高熵合金颗粒倾向于飘在熔体的表面，并不能与高温下的铝合金基体很好的润湿和分散。专利CN201510988188.X将高熵合金颗粒密封入铝合金管，再将分段的铝合金管添加入熔融基体，之后搅拌分散，该专利采用的是将高熵合金颗粒包住压入铝合金基体内部进行搅拌，防止颗粒飘到材料表面，但其存在一定的问题，原因是铝合金管熔化时高熵合金颗粒仍然是以大量的团聚体的形式与铝合金基体进行接触，单个颗粒与铝合金基体接触并不充分仍然存在分散不好润湿不良的问题，纯机械搅拌也仅仅能对高熵合金颗粒进行宏观分散，其微观分散并不均匀，其凝固组织中仍然会存在大量的颗粒团聚体被包裹凝固的现象存在，这对复合材料的微观均匀性和组织性能的提高造成了阻碍，尤其随着加入高熵合金成分比例增加，单个颗粒与铝合金基体接触的概率和面积进一步减小，纯机械搅拌也仅仅能对高熵合金颗粒进行宏观分散，其局部微观部分分散不好与润湿不良的问题变得严重，其微观分散并不均匀，其凝固组织中会存在大量的颗粒团聚体被包裹凝固的现象存在，在专利CN201510988188.X的图3中出现了大量的黑色片层状颗粒，这些都是高熵合金分散不良形成的团聚物，此外高熵合金颗粒的微观局部如果能够充分的均匀分散非常有利于高温铝合金基体的非均质形核，从而大幅细化晶粒。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：如何提高增强相颗粒与基体熔体的润湿性，使高熵合金颗粒在合金基体内实现宏观与微观的充分分布均匀，进一步增加细晶效果与颗粒增强效果，提高铝基材料的综合性能。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的制备方法，通过气体分散搅拌装置将机械合金化后制备的高熵合金颗粒加入到熔融的铝合金基体中搅拌分散，之后进行振动除气，最后采用铸造工艺制备成型高熵合金颗粒增强铝基复合材料的成型件。气体分散搅拌装置将高熵合金颗粒引入铝合金基体的过程分为将高熵合金颗粒吹入铝合金基体和单独搅拌两个过程。
[0006]优选地，所述的气体分散搅拌装置包括通气搅拌器，通气搅拌器通过传动结构由电机驱动，通气搅拌器依次通过旋转接头、软管与气瓶连通，气瓶与软管之间连接有颗粒分散室，颗粒分散室的底部与变截面通管的较粗端连通，变截面通管的较细端设于软管内，颗粒分散室的顶部与装有高熵合金颗粒的颗粒料室连接；使用时，通气搅拌器设于装有铝合金基体的坩埚内。变截面通管的较细端限制颗粒的流出数量，同时对气压进行进一步加压，让颗粒从变截面通管中喷出，从而打散团聚颗粒，使其在气体中充分分散，惰性气体将高熵合金颗粒混合均匀吹入旋转接头再经过通气搅拌器吹入铝合金基体，同时电机带动通气搅拌器搅拌铝合金基体，实现高熵合金颗粒吹入与机械搅拌的结合，实现高熵合金粉末从微观和宏观上、局部与整体均匀的分布在合金基体中。
[0007]更优选地，所述颗粒料室与颗粒分散室之间设有颗粒流量控制阀；所述气瓶与颗粒分散室之间设有气体流量控制阀。
[0008]优选地，所述的高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤，
[0009]步骤1)：将多种金属粉末按照所需合金的摩尔原子比和质量分数，计算出各成分含量并称量、混粉，混合均匀后抽真空，并在氩气保护下进行机械合金化，合金化时间为10
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72h，优选的30
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60h；转速为150r/min
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500r/min(优选为250
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350r/min)，过程控制剂为无水乙醇，温度为室温，合金化完成后过筛获得高熵合金颗粒，高熵合金颗粒的粒径分布为1
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500μm，优选0.5
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20μm；
[0010]步骤2)：将高熵合金颗粒在60
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150℃条件下预热20
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90min，将铝合金加热熔化至680
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780℃(优选熔化至700
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780℃)，通过气体分散搅拌装置将预热的高熵合金颗粒加入到铝合金基体中，搅拌速度为100
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500r/min，完全加入后继续搅拌5
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30min(优选为5
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15min)，得到混合熔体，静置后在620
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720℃条件下进行超声振动或机械振动分散除气处理，处理时间3
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20min，优选为5
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15min，得到高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料熔体；
[0011]步骤3)：将高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料熔体进行铸锭的浇铸或倒入成型模具料室内，合型，制得高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的成型件，然后进行固溶、时效热处理。
[0012]优选地，所述高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料中高熵合金颗粒的质量分数为0.1％
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20％，铝合金的质量分数为80％
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99.9％；所述高熵合金颗粒为CoCrFe系、CoCrFeNi系、AlCoCrFe系、AlCoCrNi系、CoCrNiCu系合金，以及Ti、Mg、Zn、Si、Mo、B、Sc、V和Mn中的至少一种元素；所述高熵合金颗粒中每个元素的原子百分比的范围为5％～35％。一般采用五种及以上金属元素，形成高熵合金。
[0013]优选地，所述的铝合金基体为变形铝合金、铸造铝合金和铝锂合金中的至少一种；所述的变形铝合金为1xxx、2xxx、3xxx、4xxx、5xxx、6xxx和7xxx合金中的至少一种；所述的铸造铝合金为Al
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Si系、Al
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Cu系、Al
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Mg系、Al
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Zn系和Al
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，通过气体分散搅拌装置将机械合金化后制备的高熵合金颗粒加入到熔融的铝合金基体中搅拌分散，之后进行振动除气，最后采用铸造工艺制备成型高熵合金颗粒增强铝基复合材料的成型件。2.如权利要求1所述的高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的气体分散搅拌装置包括通气搅拌器(14)，通气搅拌器(14)通过传动结构(10)由电机(11)驱动，通气搅拌器(14)依次通过旋转接头(9)、软管(8)与气瓶(3)连通，气瓶(3)与软管(8)之间连接有颗粒分散室(6)，颗粒分散室(6)的底部与变截面通管(7)的较粗端连通，变截面通管(7)的较细端设于软管(8)内，颗粒分散室(6)的顶部与装有高熵合金颗粒(4)的颗粒料室(1)连接；使用时，通气搅拌器(14)设于装有铝合金基体(12)的坩埚(13)内。3.如权利要求2所述的高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述颗粒料室(1)与颗粒分散室(6)之间设有颗粒流量控制阀(5)；所述气瓶(3)与颗粒分散室(6)之间设有气体流量控制阀(2)。4.如权利要求1所述的高熵合金颗粒细化增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤，步骤1)：将多种金属粉末按照所需合金的摩尔原子比和质量分数，计算出各成分含量并称量、混粉，混合均匀后抽真空，并在氩气保护下进行机械合金化，合金化时间为10
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72h；转速为150r/min
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500r/min，过程控制剂为无水乙醇，温度为室温，合金化完成后过筛获得高熵合金颗粒，高熵合金颗粒的粒径分布为1
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500μm；步骤2)：将高熵合金颗粒在60
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150℃条件下预热20
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90min，将铝合金加热熔化至680
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780℃，通过气体分散搅拌装置将预热的高熵合金颗粒加入到铝合金基体中，搅拌速度为100
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500r/min，完全加入后继续搅拌5
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30min，得到混合熔体，静置后在620
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【专利技术属性】
技术研发人员：周冰，陆帅，仇志艳，徐凯乐，陈可平，徐春，王占勇，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：
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