[發明專利]一種制備高性能鋁基高熵合金復合帶材的方法

有效

• 申請號: 202011583852.X
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112872031B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 喻海良;羅開廣;張昀
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B21B1/28
• 分類號: B21B1/28
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種制備高性能鋁基高熵合金復合帶材的方法，以AlCoCrFeNi高熵合金顆粒作為增強體，預熱后投入完全熔融的鋁合金基體材料中，并進行機械攪拌；將熔融液體傾倒進入預熱好的模具中，冷卻得到鋁基高熵合金復合材料；將所得鋁基高熵合金復合材料加工成板材，并在液氮罐中冷卻至?196℃；開啟軋機對冷卻的板材進行深冷軋制，保證軋制過程中材料始終處于深冷環境中；重復軋制和深冷直到軋制總壓下量達到80％?90％，獲得厚度為0.1mm?0.4mm的復合帶材。本發明制備的鋁基高熵合金復合帶材，其強度大幅提高，擁有一定的韌性和延伸率，可加工性能良好。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料制造及壓力加工技術領域，特別涉及一種制備高性能鋁基高熵合金復合帶材的方法。

背景技術

高熵合金是近年來發展起來的一種新型金屬材料。高熵合金是由5種或5種以上的元素等比或接近等比的比例混合而成，其成分組成和組織結構獨特，具有優異的力學性能、抗腐蝕性能等。其力學性能優異，抗拉強度大于1000MPa。高熵合金具有極高的研究價值，但是其高昂的成本、較低的可加工性在一定程度上限制了他的應用。AA1050鋁合金生產制造過程比較簡單，通常具有塑性高、耐蝕性好的特點，但是由于其合金元素含量較低，整體力學性能一般，強度低，不能通過熱處理強化。通過添加適量高熵合金顆粒的鋁基復合材料則結合了兩種材料的優點，具有比強度高，相對質量輕等特點。同時高熵合金顆粒與鋁基體的界面結合性以及浸潤性相比陶瓷顆粒等增強體要好。

鑄造過程中通過電動機施加一定速度的機械攪拌，使高熵合金顆粒均勻分布在鋁基體中，獲得組織均勻的復合材料。深冷(-196℃)軋制技術是一種新興的大塑性變形技術，通過深冷環境下的軋制，可以獲得更高強度以及更高韌性的帶材。復合材料由于其制備工藝的限制，一般來說其塑性相對基體材料會大幅降低，可加工性變差，而深冷軋制技術則解決了這一問題。通過深冷軋制，對鋁基高熵合金復合材料進行進一步的加工，獲得更高強度和更高韌性的復合帶材。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種制備高性能鋁基高熵合金復合帶材的方法，對熔鑄獲得的鋁基高熵合金復合材料鑄錠進行下一步的深處理，通過深冷軋制制備高強度、高韌性的鋁基高熵合金復合帶材，采用該工藝制備的鋁基高熵合金復合帶材，其強度大幅提高，擁有一定的韌性和延伸率，可加工性能良好。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種制備高性能鋁基高熵合金復合帶材的方法，包括如下步驟：

第一步，以AlCoCrFeNi高熵合金顆粒作為增強體，預熱后投入完全熔融的鋁合金基體材料中，并進行機械攪拌；

第二步，將熔融液體傾倒進入預熱好的模具中，冷卻得到鋁基高熵合金復合材料；

第三步，將所得鋁基高熵合金復合材料加工成板材，并在液氮罐中冷卻至-196℃；

第四步，開啟軋機對冷卻的板材進行深冷軋制，保證軋制過程中材料始終處于深冷環境中，每道次相對壓下量為10％-20％；

第五步，重復第三步和第四步，直到軋制總壓下量達到80％-90％，獲得厚度為0.1mm-0.4mm的復合帶材，其強度大幅提高，使得工業純鋁基復合材料擁有AA5xxx、AA6xxx合金的性能，同時具備優異的韌性。

優選地，所述AlCoCrFeNi高熵合金顆粒的粒度為20μm-25μm，所述鋁合金基體材料為工業純鋁。

優選地，所述工業純鋁為AA1050工業純鋁。

優選地，所述第一步中，將鋁合金基體材料放入電阻爐的坩堝中，通入氬氣進行保護，設置熔鑄溫度為820℃-860℃，將工業純鋁基體完全融化，保溫5min，打開電阻爐爐蓋，進行第一次除渣，去除氧化物雜質，然后使用精密電子天平稱量AlCoCrFeNi系高熵合金顆粒，用鋁箔包好，預熱一分鐘，防止激冷導致局部鑄造缺陷，將預熱好的高熵合金顆粒投入坩堝。