一种双相增强铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种双相颗粒强化铝合金及其制备方法，属于金属材料领域。所述双相颗粒分别为FeCoNiCrMn高熵合金强化相和Al2O3陶瓷强化相颗粒，基体为纯铝。制备方法通过高能球磨制备得到高熵合金粉末；将纯铝粉末、高熵合金粉末和氧化铝颗粒充分混合，并通过冷等静压得到生坯，将生坯放入微波熔炼炉内加热得到FeCoNiCrMn高熵合金强化相和Al2O3陶瓷强化相双相强化的铝合金。采用本发明专利技术的优势是：双相强化的增强相，保留了单一强化相的强化特征和优势，又具有显著的协同强化作用效果，协同混杂效应消除了颗粒相团簇弊端，弥散分布在铝晶界处细化了晶粒，从而实现复合材料硬度、强度和塑性等性能的同步提高，能够满足航空航天和交通运输领域的应用。交通运输领域的应用。交通运输领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种双相增强铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种双相颗粒强化铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]多相复合强化铝合金由于其高温力学性能优良、耐磨性好和热膨胀系数低，制备工艺简单，增强体成本低廉，成为高端铝材料的研究重点。陶瓷相本身具有耐高温、耐磨损、高强度和硬度等优良性能，但因其自身脆性大，作为增强体时往往存在与基体界面润湿性差、界面结合强度低等问题，在提高了铝材料硬度和强度的同时，也不可避免地降低了材料的塑性和韧性，这限制了铝合金在高端领域的应用范围。
[0003]高熵合金作为一种独具创新性的合金体系，是由5种及5种以上元素组成，按照等摩尔比或大约等摩尔比组成的合金，众多学者研究发现高熵合金具有许多相比传统合金较为理想的性质，如高韧性、耐高温性、良好的抗腐蚀性和耐磨性等，因此在材料学领域上备受重视。研究发现高熵合金与铝基体的热膨胀系数相近，且金属与金属之间具有的天然界面结合特性，使得高熵合金与铝基体的界面润湿性与界面相容性良好。在不降低材料的强度和硬度的同时，加入高熵合金，与硬质陶瓷颗粒协同作用，可显著改善增强体与基体间的界面结合，提高材料的塑韧性、耐磨性及弹性模量等性能。
[0004]目前，已有关于双相或多相混杂增强铝合金材料的报道，但是关于高熵合金和陶瓷组合作为复合增强相制备双相增强铝合金还未有报道，为继续提升铝合金材料的性能和扩大铝合金的高端应用范围，有必要开发新的针对铝合金强化和性能提升的新体系、新方法，制备更高性能的高强韧铝合金，对航天航空、交通运输等领域具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高熵合金强化相与陶瓷颗粒强化相组合强化的铝合金及其制备方法，通过高熵合金强化相与陶瓷颗粒强化相协同作用，并弥散分布在铝基体晶界处，从而实现复合材料硬度、强度和塑性等性能的同步提高。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种双相增强铝合金，其特征在于，所述的双相增强铝合金的增强相为FeCoNiCrMn高熵合金强化相和Al2O3陶瓷强化相，其中，FeCoNiCrMn高熵合金强化相占所述双相增强铝合金总质量分数的15%，Al2O3陶瓷强化相占双相增强铝合金总质量分数的2％~8％，所述的双相增强铝合金的基体为铝。
[0007]进一步地，所述FeCoNiCrMn高熵合金强化相在铝基体中为片状形态，所述Al2O3陶瓷强化相为球形。
[0008]进一步地，所述铝合金的硬度为109.3~128.5HV，屈服强度为291.5~319.2MPa，延伸率为41.2~46.7％。
[0009]所述双相增强铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 配料：按15%、2％~8％的质量百分比称取FeCoNiCrMn高熵合金强化相粉末、
Al2O3陶瓷粉末，以及纯铝粉；(2)双相增强铝合金粉末制备：将称量好的粉末混合后，在氩气保护下采用行星式球磨机进行机械合金化，并干燥，制得平均粒径为5μm的双相增强铝合金粉末；(3)制备压坯：将制得的双相增强铝合金粉末放置于模具中，静压成型，静压力为500MPa，静压时间为10s，得到生坯；(5)微波烧结：将生坯放置于微波加热炉内在氩气保护下烧结，烧结温度为460~500℃，保温1~3h，然后随炉冷却到200℃以下即完成烧结，制得双相增强铝合金。
[0010]进一步地，所述的FeCoNiCrMn高熵合金强化相由纯度大于99.9%的铁、钴、镍、铬、锰粉末按照等摩尔比配制，在氩气保护下采用行星式球磨机机械合金化的方法制备成粒度范围5~15μm、形状为不规则片状的高熵合金粉末。
[0011]进一步地，FeCoNiCrMn高熵合金粉末机械合金化参数为：预球磨4~6h，转速120r/min；再设置球磨时间为72~96h，转速为280~360r/min；球磨罐和研磨球均为钢质，球料比为5:1。
[0012]进一步地，所述的Al2O3陶瓷强化相尺寸为1~3μm，形状为规则的球形的颗粒。
[0013]进一步地，步骤（2）中所述双相增强铝合金粉末的机械合金化参数为：球磨时间设置为6~10h，转速为120~160r/min，球磨罐和研磨球均为钢质，球料比为5:1。
[0014]进一步地，步骤（2）所述的双相增强铝合金粉末干燥过程在真空干燥箱内完成，干燥温度为70~75℃。
[0015]进一步地，步骤（5）中所述微波加热炉内烧结的升温速率为40~55℃/min。
[0016]本专利技术的主要优势在于：以具有金属特质的高熵合金和典型陶瓷特质的氧化铝陶瓷组合作为铝合金的复合强化相，两种强化相在增强铝合金时能够保持自身的优势，起到协同强化、混杂增强效应的作用，使材料的性能大幅度提高。
[0017]高熵合金与陶瓷复合强化铝合金的作用机制在于：（1）添加高熵合金可以平衡Al2O3陶瓷颗粒与Al基体之间变形的不均匀性，提供良好的结合界面，材料受到外力作用时，载荷能够有效地传递到颗粒上，释放了基体上的应力集中，降低了Al基体断裂的可能性，提高了复合材料的力学性能。
[0018]（2）由于Al2O3陶瓷颗粒本身具有优异的性能，它的加入提高了材料的抗拉强度、抗压强度和抗弯强度，加之氧化铝陶瓷颗粒质地坚硬，在球磨过程中一定程度上也充当了研磨剂，对晶粒细化、颗粒弥散分布有积极影响。
[0019]（3）增强相与铝基体润湿性整体较好，界面平整干净，不存在明显反应层，界面结合强度高。
[0020]（4）FeCoNiCrMn高熵合金相与氧化铝陶瓷相强化铝合金，存在多种强化机制，包括细晶强化、颗粒强化、位错强化、界面强化等。FeCoNiCrMn和Al2O3的弹性模量较高，所以复合材料具有较高的弹性模量，颗粒增强铝基复合材料的塑性和韧性潜能得到充分发挥。
[0021]（5）本专利技术的制备方法可制得颗粒弥散均匀、微观组织细小的FeCoNiCrMn高熵合金和Al2O3陶瓷强化铝合金，具有良好的硬度、强度以及耐磨性能，能够满足航空航天和交通运输领域的应用。
[0022]同时，本专利技术所采用微波烧结加热技术，具有快速加热、受热均匀等特点。烧结温度结合了高熵合金、氧化铝和铝基体的热膨胀特性，所采用的烧结温度条件下获得的双相
增强铝合金具有较高的致密度，在此温度范围下，很大程度上避免了烧结时出现元素扩散、晶粒长大和颗粒界面剥离等现象，对复合材料的性能具有积极影响。
附图说明
[0023]图1是实施例1获得的FeCoNiCrMn+Al2O3双相强化铝合金的XRD图。
[0024]图2是实施例1获得的FeCoNiCrMn+Al2O3双相强化铝合金的SEM图。
[0025]图3是实施例2获得的FeCoNiCrMn+Al2O3双相强化铝合金的SEM图。
[0026]图4是实施例3获得的FeCoNiCrMn+Al2O3双相强化铝合金的SEM图。
具体实施方式
[0027]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双相增强铝合金，其特征在于，所述的双相增强铝合金的增强相为FeCoNiCrMn高熵合金强化相和Al2O3陶瓷强化相，其中，FeCoNiCrMn高熵合金强化相占所述双相增强铝合金总质量分数的15%，Al2O3陶瓷强化相占双相增强铝合金总质量分数的2％~8％，所述的双相增强铝合金的基体为铝。2.根据权利要求1所述的双相增强铝合金，其特征在于，所述FeCoNiCrMn高熵合金强化相在铝基体中为片状形态，所述Al2O3陶瓷强化相为球形。3.根据权利要求1所述的双相增强铝合金，其特征在于，所述铝合金的硬度达到109.3~128.5HV，屈服强度为291.5~319.2MPa，延伸率为41.2~46.7％。4.权利要求1所述双相增强铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 配料：按15%、2％~8％的质量百分比称取FeCoNiCrMn高熵合金强化相粉末、Al2O3陶瓷粉末，以及纯铝粉；(2)双相增强铝合金粉末制备：将称量好的粉末混合后，在氩气保护下采用行星式球磨机进行机械合金化，并干燥，制得平均粒径为5μm的双相增强铝合金粉末；(3)制备压坯：将制得的双相增强铝合金粉末放置于模具中，静压成型，静压力为350~500MPa，静压时间为10s，得到生坯；(5)微波烧结：将生坯放置于微波加热炉内在氩气保护下烧结，烧结温度为460~500℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏文学，王宏明，程成，李桂荣，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：