一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料及其制备方法：S1、去除镁合金板材表面的氧化层；S2、通过线切割将镁合金板材加工出合适的尺寸；S3、根据切割的镁合金板材的尺寸在其上钻出分布均匀的盲孔；且盲孔的直径为镁合金板材宽度的4

【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属基复合材料制造
，具体涉及一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁基复合材料拥有较好的耐高温性、耐磨性、耐冲击性以及优异的减震性能等优点。因此其在诸多领域有着广泛的应用和研究，其制备方法有粉末冶金、铸造冶金、搅拌摩擦等，常用于增强的增强体按形状分可分为纤维增强、晶须增强、颗粒增强等。由于颗粒强化的镁基复合材料有着与基体相同的均匀性，因此颗粒增强镁基复合材料有着相对较多的研究。
[0003]目前常用的颗粒增强的镁基复合材料是SiC，ZrO2、Ti颗粒等陶瓷颗粒；虽然能够有效提高材料的硬度、强度与伸长率等性能，但是使得加工后的复合材料的延展性大大降低。因此，选用与镁合金拥有更好的湿润性和相容性的金属颗粒作为增强相可以实现较好的塑性；而高熵合金颗粒由于其独特的固溶体结构与区别于传统合金的特征或特殊效应使其拥有更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性，高温稳定性并且能与基体拥有良好的结合面性能。所以，高熵合金颗粒是一种非常适合镁基复合材料的增强相。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，该方法所制备的镁基复合材料具有高硬度以及延展性好等力学性能。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
[0007]S1、镁合金板材预处理：去除所述镁合金板材表面的氧化层；
[0008]S2、镁合金板材切割：通过线切割方式，将预处理后的所述镁合金板材加工出合适的尺寸；
[0009]S3、镁合金板材钻孔：根据切割的镁合金板材的尺寸，在所述镁合金板材上钻出分布均匀的盲孔；且所述盲孔的直径为所述镁合金板材宽度的4
‑
6％；所述盲孔的深度为所述镁合金板材厚度的70
‑
90％；所述盲孔的孔间距为所述镁合金板材宽度的10
‑
20％；
[0010]S4、封孔处理：向所述盲孔中填充高熵合金颗粒并压实，然后采用无针搅拌头进行搅拌摩擦，对材料进行封孔处理；
[0011]S5、搅拌摩擦加工：使用螺纹有针搅拌头，并将所述搅拌头的中心与所述盲孔中心对齐，然后进行搅拌摩擦加工，得到高熵合金颗粒增强的镁基复合材料。
[0012]本专利技术所提供的高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，其涉及到金属基复合材料的制造领域。本专利技术制备方法的核心是先通过精确计算在镁合金板材上加工出若干规定尺寸的盲孔，然后通过在盲孔中填充高熵合金颗粒作为增强相，接着利用搅拌摩擦
工艺制备出抗拉强度可达到320MPa、维氏硬度可达到86.1HV的高熵合金颗粒增强的镁基复合材料。在本专利技术方法制备的镁基复合材料组织中，高熵合金颗粒得到了均匀分散，高熵合金与镁合金界面结合相容性好，硬度、抗拉强度及耐磨性能得到了大幅度提高；本专利技术的制备方法科学合理、简单且方便使用。
[0013]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法：步骤S1、镁合金板材预处理：通过打磨机去除所述镁合金板材表面的氧化层。
[0014]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法：所述的镁合金板材选自Mg
‑
Al系、Mg
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Zn系、Mg
‑
Mn系或Mg
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Li系。具体的，所述的镁合金为AZ31、AZ91或Mg
‑
Al合金等挤压镁合金。
[0015]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法：步骤S4、封孔处理：向所述盲孔中填充高熵合金颗粒并压实，然后采用无针搅拌头进行搅拌摩擦，对材料进行封孔处理；其中的搅拌摩擦工艺参数为：主轴倾角1
‑3°
，旋转速度700
‑
800r/min，前进速度40
‑
55mm/min，下压量0.15
‑
0.25mm。优选的，采用该工艺步骤中的搅拌摩擦(FSP)工艺参数，可以有效达到对填充好高熵合金的盲孔进行封孔处理，并且可以有效避免在搅拌摩擦过程中增强相(高熵合金颗粒)溢出。
[0016]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法：所述的高熵合金颗粒选自CoCrFeNi系、AlCoCrFeNi系、AlCoCrCuFeNi系或AlCoCuFeNi系中的一种。
[0017]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法：所述的高熵合金颗粒选自CoCrFeNi系，为FeCoNiCrMn或FeCoNiCrCu。
[0018]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法：步骤S5、搅拌摩擦加工：使用螺纹有针搅拌头，并将所述搅拌头的中心与所述盲孔中心对齐，然后进行搅拌摩擦加工，得到高熵合金颗粒增强的镁基复合材料；其中所述搅拌摩擦加工的工艺参数为：主轴倾角1
‑3°
，旋转速度750
‑
850r/min，前进速度45
‑
50mm/min，轴间下压量0.1
‑
0.2mm。
[0019]具体的，步骤S5、搅拌摩擦加工：使用螺纹有针搅拌头，并将所述搅拌头的中心与所述盲孔中心对齐，随后调整搅拌摩擦工艺参数保证轴间下压量0.1
‑
0.2mm，主轴倾角1
‑3°
，旋转速度750
‑
850r/min，前进速度45
‑
50mm/min，沿着盲孔进行加工，旋转的搅拌针能够使得高熵合金颗粒粉末与镁合金板材基体在摩擦热下发生软化呈塑性状态，随后使得增强相(高熵合金颗粒)进入搅拌区，均匀分散到金属基体中，形成第二相粒子强化获得高硬度、摩擦磨损性能好的高熵合金颗粒增强的镁基复合材料。
[0020]一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料，其特征在于，所述的高熵合金颗粒增强的镁基复合材料采用上述的制备方法制得。
[0021]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料：所述的复合材料以所述高熵合金颗粒作为增强相，以所述镁合金板材作为基体；且所述复合材料中所述高熵合金颗粒的质量分数为12
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18％，所述镁合金板材的质量分数为82
‑
88％。
[0022]进一步的，一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料：所述的复合材料中所述高熵合金颗粒的质量分数为15％，所述镁合金板材的质量分数为85％。
[0023]优选的，在本专利技术所述的高熵合金颗粒增强的镁基复合材料中，其高熵合金颗粒的质量分数优选为15％、镁合金板材的质量分数优选为85％；选用上述质量分数的增强相并配合以上述的制备工艺，将高熵合金颗粒填充到镁合金板材预钻盲孔中并使之均匀分散
到基体中，制得了抗拉强度高达320MPa、维氏硬度可达到86.1HV的高熵合金颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、镁合金板材预处理：去除所述镁合金板材表面的氧化层；S2、镁合金板材切割：通过线切割方式，将预处理后的所述镁合金板材加工出合适的尺寸；S3、镁合金板材钻孔：根据切割的镁合金板材的尺寸，在所述镁合金板材上钻出分布均匀的盲孔；且所述盲孔的直径为所述镁合金板材宽度的4
‑
6％；所述盲孔的深度为所述镁合金板材厚度的70
‑
90％；所述盲孔的孔间距为所述镁合金板材宽度的10
‑
20％；S4、封孔处理：向所述盲孔中填充高熵合金颗粒并压实，然后采用无针搅拌头进行搅拌摩擦，对材料进行封孔处理；S5、搅拌摩擦加工：使用螺纹有针搅拌头，并将所述搅拌头的中心与所述盲孔中心对齐，然后进行搅拌摩擦加工，得到高熵合金颗粒增强的镁基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1、镁合金板材预处理：通过打磨机去除所述镁合金板材表面的氧化层。3.根据权利要求1或2所述的一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的镁合金板材选自Mg
‑
Al系、Mg
‑
Zn系、Mg
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Mn系或Mg
‑
Li系。4.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒增强的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4、封孔处理：向所述盲孔中填充高熵合金颗粒并压实，然后采用无针搅拌头进行搅拌摩擦，对材料进行封孔处理；其中的搅拌摩擦工艺参数为：主轴倾角1
‑3°
，旋转速度700
‑
800r/min，前进速度40
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：丛孟启，蹇文轩，雷卫宁，张扬，李志贤，陈宁，梁艺文，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：