[發(fā)明專利]一種制備高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合帶材的方法

有效

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• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112795797B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅開廣;喻海良;顧昊;熊汗青
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C21/00;C22F1/04;B21C37/02
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種制備高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合帶材的方法，以AlCoCrFeNiTi高熵合金顆粒作為增強(qiáng)相，投入完全熔融的鋁合金基體材料中，并進(jìn)行機(jī)械攪拌；對攪拌后的體系施加高能脈沖電流，通過高能脈沖電流的電子風(fēng)效應(yīng)、集膚效應(yīng)和高頻振蕩效應(yīng)，使高熵合金顆粒均勻分布在鋁基體中，增強(qiáng)擴(kuò)散效應(yīng)；將熔融鋁液傾倒進(jìn)入預(yù)熱好的模具中，冷卻得到高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合材料；然后進(jìn)行均勻化退火，得到組織更加均勻的復(fù)合材料；將均勻化退火后的復(fù)合材料加工成板材，并在液氮罐中冷卻；開啟軋機(jī)對冷卻的板材進(jìn)行深冷軋制；重復(fù)直到軋制總壓下量達(dá)到80％?95％，獲得厚度為0.1?0.4mm的復(fù)合帶材。本發(fā)明制備的鋁基高熵合金復(fù)合材料不僅強(qiáng)度大幅提高，同時(shí)擁有良好的韌性和延伸率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合帶材的方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，對金屬材料的服役性能要求越來越高。不僅要求材料具有高強(qiáng)度，還要求材料具有較高的韌性，而一般情況下，材料的強(qiáng)韌性無法協(xié)同提高，單一的合金材料無法滿足這樣的需求，因此復(fù)合材料的重要性不斷提高。理論上希望復(fù)合材料結(jié)合基體材料和增強(qiáng)相材料的優(yōu)點(diǎn)，使其同時(shí)兼?zhèn)涓邚?qiáng)度和高韌性，但實(shí)際制造過程中的問題限制了復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

復(fù)合材料的制造領(lǐng)域的關(guān)鍵問題有(1)增強(qiáng)相和基體材料的潤濕性；(2)增強(qiáng)相與基體材料是否發(fā)生界面反應(yīng)；(3)增強(qiáng)相在基體材料中容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致局部組織偏析。

高熵合金是近年來迅速發(fā)展的一種合金材料，由五種或五種以上的合金元素等比組成，其強(qiáng)度高，通常大于1000MPa，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，但由于其高昂的制造成本、密度大、比強(qiáng)度不高以及可加工性低等缺點(diǎn)限制了他的應(yīng)用。但是作為一種金屬材料，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相不容易與基體材料發(fā)生界面反應(yīng)，與金屬基體的界面潤濕性好，因此適合作為鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)相。但是高熵合金增強(qiáng)相也有顯著的缺點(diǎn)，那就是鑄造過程中容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致復(fù)合材料組織不均勻。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，解決傳統(tǒng)復(fù)合材料難加工的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種制備高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合帶材的方法，對普通熔鑄工藝進(jìn)行改造，利用高能脈沖電流的電子風(fēng)效應(yīng)、集膚效應(yīng)和高頻振蕩作用，降低鑄造過程中的復(fù)合材料的增強(qiáng)型團(tuán)聚、基體材料組織偏析以及鑄造氣孔等缺陷，獲得綜合力學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合材料，以深冷軋制工藝和高能脈沖電流輔助制備的鋁基高熵合金復(fù)合材料不僅強(qiáng)度大幅提高，同時(shí)擁有良好的韌性和延伸率，可加工性能優(yōu)異，復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能提升顯著。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種制備高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合帶材的方法，包括如下步驟：

第一步：以AlCoCrFeNiTi高熵合金顆粒作為增強(qiáng)相，投入完全熔融的鋁合金基體材料中，并進(jìn)行機(jī)械攪拌；

第二步，對攪拌后的體系，施加高能脈沖電流，通過高能脈沖電流的電子風(fēng)效應(yīng)、集膚效應(yīng)和高頻振蕩效應(yīng)，使高熵合金顆粒均勻分布在鋁基體中，增強(qiáng)擴(kuò)散效應(yīng)；

第三步，將熔融鋁液傾倒進(jìn)入預(yù)熱好的模具中，冷卻得到高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合材料；

第四步，將所得高強(qiáng)韌鋁基高熵合金復(fù)合材料進(jìn)行均勻化退火，得到組織更加均勻的復(fù)合材料；

第五步，將均勻化退火后的復(fù)合材料加工成板材，并在液氮罐中冷卻至-196℃；

第六步，開啟軋機(jī)對冷卻的板材進(jìn)行深冷軋制，保證軋制過程中材料始終處于深冷環(huán)境中，每道次相對壓下量為10％-20％；

第七步，重復(fù)第五步和第六步，直到軋制總壓下量達(dá)到80％-95％，獲得厚度為0.1mm-0.4mm的復(fù)合帶材。

優(yōu)選地，所述AlCoCrFeNiTi高熵合金顆粒粒徑為10μm。