[發(fā)明專(zhuān)利]一種原位生成鎢顆粒增強(qiáng)高熵合金基復(fù)合材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010135616.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111321312B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳剛;羅濤;沈書(shū)成;劉珍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/02
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/02;C22C1/03;C22C30/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙朕揚(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 劉向丹

本發(fā)明公開(kāi)了一種原位生成鎢顆粒增強(qiáng)高熵合金基復(fù)合材料及制備方法，所述復(fù)合材料包括增強(qiáng)相鎢顆粒與基體高熵合金，由金屬熱還原法原位生成，其制備方法包括：將鎢的氧化物、包含高熵合金主元元素的原料、以及鋁粉混合獲得鋁熱劑；將鋁熱劑進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，分層靜置得到底層鎢/高熵合金復(fù)合熔體與上層氧化鋁熔渣，將鎢/高熵合金復(fù)合熔體分離。本發(fā)明采用一步金屬熱還原法即可制備得到高體積分?jǐn)?shù)的鎢顆粒增強(qiáng)高熵合金基復(fù)合材料，制備過(guò)程中能耗低、步驟簡(jiǎn)單、易于操作。本發(fā)明制備的鎢顆粒增強(qiáng)高熵合金基復(fù)合材料具有增強(qiáng)相分布均勻、致密度高、強(qiáng)度高、塑性好、耐磨性能和耐腐蝕性能良好等特點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，尤其涉及一種含鎢高熵合金基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)的基于單一主元的合金相比，高熵合金是由多種元素以等摩爾比或接近等摩爾比組成，每種元素含量介于5%-35%之間。高熵合金由于其獨(dú)特的高熵效應(yīng)、嚴(yán)重的晶格畸變效應(yīng)、滯后擴(kuò)散效應(yīng)和“雞尾酒效應(yīng)”，具有組織、結(jié)構(gòu)與性能可調(diào)性以及優(yōu)異的性能，如高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫性能、耐腐蝕、耐磨損性能等，逐漸成為制備復(fù)合材料的優(yōu)選材料。

近來(lái)，研究人員在高熵合金基體中加入WC、SiC、TiC等碳化物作為增強(qiáng)相來(lái)提高材料的強(qiáng)度和耐磨性，使得高熵合金基復(fù)合材料的性能優(yōu)于某些商用合金。

但是，現(xiàn)有的具有增強(qiáng)相的高熵合金的力學(xué)性能仍然不夠理想，制備工藝也比較復(fù)雜，成本較高。為了使高熵合金基復(fù)合材料成為一種實(shí)用的工程材料，迫切要求尋找一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的制備方法與一種力學(xué)性能優(yōu)異的增強(qiáng)相。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種高熵合金基復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料綜合性能優(yōu)異，工藝步驟簡(jiǎn)單、能耗低、成本低。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種原位生成鎢顆粒增強(qiáng)高熵合金基復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括增強(qiáng)相鎢顆粒與基體高熵合金，所述復(fù)合材料由金屬熱還原法原位生成，且鎢顆粒在所述復(fù)合材料中的體積分?jǐn)?shù)為20%～40%。

進(jìn)一步的，所述復(fù)合材料中的鎢以鎢顆粒的形式存在。

進(jìn)一步的，所述金屬熱還原法為鋁熱反應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述復(fù)合材料維氏硬度為543.4HV～613.9HV。

本發(fā)明提供的一種所述原位生成鎢顆粒增強(qiáng)高熵合金基復(fù)合材料的制備方法，包括下述的步驟：

S1. 將鎢的氧化物、包含高熵合金主元元素的原料、以及鋁粉混合獲得鋁熱劑，所述主元元素的金屬活性位于鋁元素之后，所述包含高熵合金主元元素的原料中至少包含一種主元元素的氧化物，鋁熱劑中氧化物的選擇及配比要使鋁熱反應(yīng)生成1mol純金屬的負(fù)焓值在350kJ/mol以上；

S2. 將S1得到的鋁熱劑進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，分層靜置得到底層鎢/高熵合金復(fù)合熔體與上層氧化鋁熔渣，將鎢/高熵合金復(fù)合熔體分離得到鎢顆粒增強(qiáng)高熵合金基復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，所述包含高熵合金主元元素的原料包括高熵合金主元元素的氧化物、單質(zhì)或預(yù)合金粉末中的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述鎢的氧化物為三氧化鎢，所述鋁粉為活性鋁粉。

進(jìn)一步的，所述鋁熱劑中還添加有排渣附加劑，所述排渣附加劑為SiO₂或CaO。

進(jìn)一步的，所述排渣附加劑的加入質(zhì)量為氧化鋁熔渣質(zhì)量的1％～5％。

進(jìn)一步的，將所述鎢/高熵合金復(fù)合熔體通過(guò)重力作用從反應(yīng)器導(dǎo)流出進(jìn)行分離。