[發明專利]制備高熵合金顆粒增強型細晶鋁基復合材料的方法及裝置

在審

• 申請號: 202010015670.6
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111069761A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 張紅霞;楊瀟;閆志峰;董鵬;程步云;王文先;段榮
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 趙禛

1.制備高熵合金顆粒增強型細晶鋁基復合材料的裝置，其特征在于：攪拌摩擦焊裝置的工作平臺（1）上固定設置有水槽（2），水槽（2）的前側面上設置有進水口（3），水槽（2）的后側面上設置有出水口（4），進水口（3）與出水口（4）關于水槽（2）中心對稱；夾具安裝在水槽（2）中，所述夾具包括墊塊（5）、壓塊（6）和鎖緊螺栓，墊塊（5）固定安裝于水槽（2）中，墊塊（5）的前后兩端分別設置有壓塊（6），鎖緊螺栓分別設置于墊塊（5）的首尾兩端，鎖緊螺栓將待加工鋁合金板（8）壓緊于壓塊（6）與墊塊（5）之間。

2.采用如權利要求1所述的裝置制備高熵合金顆粒增強型細晶鋁基復合材料的方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、鋁合金板（8）表面預處理

若鋁合金板（8）的厚度≤5mm，打磨鋁合金板（8）任一側表面作為待加工表面，若鋁合金板（8）的厚度為5＜厚度≤10mm，分別打磨鋁合金板（8）上下兩側表面作為待加工表面，直至待加工表面粗糙度為0.8 μm，然后在鋁合金板（8）的待加工表面上沖制若干直徑為1.5~3mm的盲孔（9），盲孔（9）間距為0.5~1 mm，若鋁合金板（8）的厚度≤5mm時，盲孔（9）孔底與鋁合金板（8）底面之間的距離為0.5 mm，若鋁合金板（8）的厚度為5＜厚度≤10mm，盲孔（9）孔底與鋁合金板（8）中心線之間的距離為0.5 mm；

S2、將粒徑為15~53 μm的高熵合金粉末填入步驟S1沖制的盲孔（9）中，采用圓柱棒將填入盲孔（9）中的高熵合金粉末壓實，圓柱棒與盲孔（9）內壁間隙配合，重復操作本步驟S2多次，直至壓實的高熵合金粉末填滿盲孔（9）；

S3、將步驟S2制得的填實高熵合金粉末后的鋁合金板（8）裝卡在水槽（2）內的夾具上，采用無針攪拌頭（11）對待加工表面上盲孔（9）的開口處進行密封處理，無針攪拌頭（11）的旋轉速度為1000~1400 rad/min，行進速度為40~60 mm/min，壓入量為0.3~0.5 mm，傾斜角為0~3°，盲孔（9）開口處制得密封層（10），防止加工過程盲孔（9）內高熵合金粉末逸出；

S4、啟動冷卻水系統，冷卻水持續由水槽（2）的進水口（3）流入，然后由出水口（4）排出，冷卻水流速為2000~4500 L/h，冷卻水循環過程中保證鋁合金板（8）全部浸沒在水中，并且鋁合金板（8）的浸沒深度不小于20mm；攪拌摩擦焊裝置控制有針攪拌頭（7），移動至鋁合金板（8）待加工面的上方，有針攪拌頭（7）在水下進行3~5道次攪拌摩擦加工，每次有針攪拌頭（7）行進方向均與前次方向相反，有針攪拌頭（7）旋轉速度為1000~1400rad/min，行進速度為40~60 mm/min，壓入量為0.3~0.5 mm，傾斜角為0~3°；

S5、打磨、砂光處理：有針攪拌頭（7）經過3~5道次攪拌摩擦加工后移出加工工位，擰松夾具將制備出的鋁基復合板置于鋼質平板上，用砂紙打磨周邊及加工后的表面，制得高熵合金顆粒增強型細晶鋁基復合材料層（12）。

3.根據權利要求2所述制備高熵合金顆粒增強型細晶鋁基復合材料的方法，其特征在于：所述鋁合金板（8）的材質為5083Al，所述高熵合金粉末的材質為AlCoCrFeNi高熵合金粉。