[發明專利]一種黏性流動態高熵非晶合金增強鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210301992.6
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114606416B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 朱德智;莊懷斌;羅銘強;王順成
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C30/06;B22F3/105;B22F9/04;C22C1/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林奕聰

本發明公開了一種黏性流動態高熵非晶合金增強鋁基復合材料及其制備方法。高熵非晶合金的元素組成為Mg、Al、Zn、Cu、Ti、Cr、Mn、Ni中的4～6種。對按照所需成分配比混合后的粉末進行機械合金化后可以得到本發明中的高熵非晶合金粉末，該高熵非晶合金過冷液相區的溫度與粉末冶金制備鋁基復合材料的燒結溫度重合。通過放電等離子燒結工藝對混合均勻的高熵非晶合金增強鋁基復合材料粉末進行燒結，在燒結溫度內處于黏性流動態的高熵非晶合金粉末經擠壓形成了非連續網狀結構，該特殊的結構提高鋁基復合材料的強度和塑性。本發明中所制備的黏性流動態高熵非晶合金增強鋁基復合材料具有高強度、高塑性、高致密度、低密度等優良性能。

技術領域

本發明屬于金屬新材料技術領域，具體涉及一種高強度、高致密度、低密度的鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

在顆粒增強鋁基復合材料的研究中，可以通過改變增強體顆粒的類型、形貌特征、內部結構等方式對復合材料的性能做出調控，使得鋁基復合材料表現出高強度、高耐磨性、良好的導熱導電性、良好的尺寸穩定性等特點。常見的顆粒增強體有SiC、Al₂O₃、TiC、AlN等陶瓷顆粒，近些年由于高熵合金和非晶合金的快速發展也逐漸出現了一些以高熵合金顆粒和非晶合金顆粒為增強體的復合材料。

非晶合金具有短程有序、長程無序的結構特點，在結構上不具有晶體常見的晶格畸變、晶界、亞晶界等缺陷。這種特殊的結構使得非晶合金在宏觀上表現出高強度、高模量、高耐腐蝕性等特點。非晶合金在玻璃化轉變溫度T_g和晶化溫度T_x之間存在一個過冷液相區，該過冷液相區內材料呈現出超塑性能以及黏性流動行為。非晶合金在過冷液相區內隨著溫度升高，黏性會下降，在宏觀上能表現出拉伸超塑性。2011年，中科院汪衛華院士團隊(GaoX Q,Zhao K,Ke H B et al.Journal of Non-Crystalline Solids[J],2011,357(21):3557)首先提出了高熵非晶的概念，并制備出室溫條件下就能表現出均勻流變行為且具有優異的抗腐蝕性的Sr₂₀Ca₂₀Yb₂₀Mg₂₀Zn₂₀、Sr₂₀Ca₂₀Yb₂₀Mg₂₀Zn₁₀Cu₁₀、Sr₂₀Ca₂₀Yb₂₀Zn₂₀(Li_0.55Mg_0.45)₂₀高熵非晶合金。高熵非晶合金由于其成分的多樣性，在力學性能、玻璃化轉變溫度、過冷液相區上與少組元的非晶合金相比存在較大的不同。

高熵非晶合金在過冷液相區具有黏流態特性，基于這種特性開發一系列過冷液相區與粉末冶金燒結溫度相匹配的高熵非晶合金。將該系列高熵非晶合金作為鋁基復合材料的增強體，在燒結過程中通過增加壓力對增強體進行擠壓，在過冷液相區間的高熵非晶合金受壓發生黏性流動，形成了獨特的非連續網狀結構，該結構提高了鋁基復合材料的強度、塑性和致密度。

發明內容

本發明的首要目的是通過機械合金化的方式制備在鋁基復合材料燒結溫度內處于黏性流動態的高熵非晶合金增強體顆粒，該增強體顆粒的過冷液相區(黏性流動態)需要與粉末冶金制備鋁基復合材料的燒結溫度區間重合，即在相關燒結溫度內高熵非晶合金增強體顆粒能表現出黏性流動的特性。處于黏性流動態的高熵非晶合金在受到擠壓時會向外黏性流動到基體顆粒的周圍，形成非連續的網狀結構，既提高了復合材料的強度也提高了塑性。該特殊結構使本發明中所制備的鋁基復合材料具有高強度、高塑性、高致密度、低密度等優良性能。

本發明的另外一個目的是提供一種黏性流動態高熵非晶合金增強鋁基復合材料的制備方法。該方法通過放電等離子燒結制得高熵非晶合金增強鋁基復合材料。

本發明目的通過以下技術方案實現：