一种高铝熵合金增强铝基复合材料及其制备方法

本发明属于铝基复合材料领域，具体涉及到一种高铝熵合金增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、铝基复合材料相对于纯铝或者铝合金在比刚度、比强度、耐腐蚀、等方面的性能表现优异，从而具有广阔的应用前景。目前主要是加入陶瓷颗粒(常见的陶瓷颗粒包括碳化硅(sic)、氧化铝(al2o3)、氮化硅(si3n4)、氧化锆(zro2)、硼化钛(tib2)等)和非金属颗粒(比如石墨、碳黑、硅藻土等)等。这些增强相的加入能够改善铝基复合材料的某些特定性能，比如硬度、强度等。然后陶瓷颗粒增强铝基复合材料的硬度较高，加工时需要使用硬质工具，对加工设备的要求较高。同时，加工过程中也容易出现裂纹和剥离等问题，导致加工难度增加。其次，陶瓷颗粒与铝基体之间的润湿性较差，界面存在间隙，这可能导致增强体容易团聚，形成气孔和杂质。这些缺陷在载荷作用下可能引发裂纹形核，从而限制了材料的应用。

2、高熵合金增强铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以高熵合金为增强相。高熵合金具有高强度、良好的热稳定性，具有高的耐磨性能和耐腐蚀性能，是一种极具潜力的结构-功能材料。此外，由于金属-金属之间界面结合性能良好，使得高熵合金增强铝基复合材料的具有良好综合力学性能。然而目前对于高熵合金增强铝基复合材料制备方法大多以熔炼铸造的方法，该方法很难使得高熵合金弥散的分布于基体中，容易造成团聚，容易造成开裂。其次，主要加入的高熵合金具有随机性，加入不含铝或者较低铝的高熵合金，因其无法形成铝元素的扩散，导致高熵合金颗粒与铝基体界面润湿性较低，很难有效的发挥高熵合金的强化效果。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高铝熵合金增强铝基复合材料，其特征在于：所述高熵合金成分为fecocrnial，其中al在合金中原子百分比为25％，高熵合金含量为1wt.％～15wt.％，6061铝合金含量为85wt.％～99wt.％；

4、所述复合材料中，高熵合金弥散分布，且粒径为20～30μm。

5、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种高铝熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：包括，

6、称量粉末：选用商用6061铝合金粉末，粒径20～50μm；fecocrnial高熵合雾化粉末粒径20～30μm，质量百分比：1～15％；

7、制备复合粉末：按照预设质量分数取fecocrnial高熵合金粉末与6061铝基体粉末混合球磨，加入控制剂，抽真空、通入ar作为保护气体；

8、压片：将复合粉末放入石墨管中，整体压片；

9、烧结：将复合粉压片烧结，抽真空，设置电流电压，即得高熵合金/铝合金复合材料与fecocrnial高熵合雾化粉末的质量比为。

10、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述球磨的真空度小于0.1pa后充入氩气，球料比为(7～10):1，转速200～300r/min，球磨时间为5～10h。

11、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述控制剂为酒精。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述压片的压力范围为5～10mpa，保持时间为10～15min。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述烧结压力为50～60mpa，烧结温度500℃～650℃，以每分钟50℃升温，保温时间6～10min，随炉冷却。

14、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高铝熵合金增强铝基复合材料。

15、作为本发明所述高铝熵合金增强铝基复合材料的一种优选方案，其中：所述高铝熵合金增强铝基复合材料的抗拉强度＞160mpa,断裂延伸率＞15％。

16、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高铝熵合金增强铝基复合材料的应用。

17、本发明有益效果：

18、(1)本发明选用了高铝高熵合金，确保高熵合金中铝元素在制备及后续热处理过程中的充分扩散，在高熵合金与铝基体界面处形成过渡层，提高了其界面润湿性。

19、(2)高熵合金/铝基复合材料同时兼具了高熵合金和6061铝合金的优点，由于该高熵合金的添加不仅提高了6061铝合金的综合力学性能，同时保持了6061铝合金的良好的热电性能。

20、(3)本发明合金制备方式简单，原料利用率高，制备成本较低，适用于大规模工业化生产。

技术特征：

1.一种高铝熵合金增强铝基复合材料，其特征在于：所述高熵合金成分为fecocrnial，其中al在合金中原子百分比为25％，高熵合金含量为1wt.％～15wt.％，6061铝合金含量为85wt.％～99wt.％；

2.如权利要求1所述的高铝熵合金增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：包括，

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述fecocrnial高熵合雾化粉末占复合粉末总质量的1～15％。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述球磨的真空度小于0.1pa后充入氩气，球料比为(7～10):1，转速200～300r/min，球磨时间为5～10h。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述控制剂为酒精。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述压片的压力范围为5～10mpa，保持时间为10～15min。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述烧结压力为50～60mpa，烧结温度500℃～650℃，以每分钟50℃升温，保温时间6～10min，随炉冷却。

8.如权利要求2～7任一所述的制备方法制得的高铝熵合金增强铝基复合材料。

9.如权利要求8所述的高铝熵合金增强铝基复合材料，其特征在于：所述高铝熵合金增强铝基复合材料的抗拉强度＞160mpa,断裂延伸率＞15％。

10.如权利要求9所述的高铝熵合金增强铝基复合材料的应用。

技术总结
本发明公开了一种高熵合金增强铝基复合材料及其制备方法。本发明采用含铝高熵合金FeCoCrNiAl为增强相，6061铝合金为基体，其中高熵合金中铝的原子百分比：25at.％，粒径为：20～50μm，铝合金粒径为：20～30μm。主要包括以下步骤：称粉，混粉，等离子烧结。本发明中采用高铝含量的高熵合金颗粒作为增强相，主要是确保其与6061铝合金具有良好的界面润湿性。并通过高熵合金含量的控制，基于球磨和放电等离子烧结的制备工艺，制备出综合力学性能好(抗拉强度＞160MPa,断裂延伸率＞15％)，且热电性能量好的高熵合金/铝基复合材料。可在汽车、半导体等领域获得应用。

技术研发人员：安旭龙,李峰祥,张伟,李豪,张蓝天,王磊,魏伟,孙文文
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23