一种高熵合金粉末处理方法及其处理物应用

本发明属于复合材料，具体而言，公开一种高熵合金粉末处理方法及其处理物应用。

背景技术：

1、铝、镁基复合材料由于质量轻、密度小、可塑性好、易加工、比强度和比刚度高、高温性能好、更耐疲劳和更耐磨等等优点。广泛应用于航空航天、汽车重要零件、电子和光学仪器等领域。然而，传统陶瓷颗粒增强铝基复合材料的强韧性并不理想，结构决定其性能，性能决定其应用，强韧性匹配一直是结构复合材料永恒追求的目标。

2、近些年，关于铝、镁基复合材料设计与制备工艺方面的已有较深的研究，主要涉及陶瓷材料、碳材料、传统金属颗粒等增强相材料。但陶瓷材料与铝基体界面湿润性较差，两者热膨胀系数差别大，尤其是陶瓷材料本征脆性特征，严重影响陶瓷与铝基体的界面，导致陶瓷增强的铝基复合材料强度较高，但塑性较差。而碳材料的热膨胀系数与铝、镁合金差距较大，且润湿性也较差，碳材料与金属基体的界面处易生成微观裂纹，导致材料快速失效。为了提高增强相与基体的界面结合强度，解决传统增强相与金属基体的湿润性差问题，金属颗粒作为增强相具有极强的应用前景。但铝、镁合金在高温下极易与各种金属增强相发生反应，生成脆性金属间化合物，诱导界面脆断和复合材料失效。因此，构筑一种能够与铝、镁合金基体形成强韧性界面的增强相，制备具有强度和塑性相良好匹配的金属基复合材料具有迫切的需求。

3、在1995年，中国台湾学者叶均蔚教授提出高熵合金的概念，高熵合金含有多种主要元素，每种元素介于5％-35％之间。传统金属则是以一种元素为主，而高熵合金是多元素共同作用的结果。所以高熵合金是一种颠覆传统合金的制备方法。与传统合金相比，高熵合金有更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀等性能。2014年11月6日华南理工大学申请了《一种高熵合金增强的铝基复合材料及其制备方法》，公布号为cn104388764a，高熵合金增强铝基复合材料强度很高，但塑性略微不足。之前也未有报道通过对高熵合金粉末的预热处理，再加入铝基复合材料中达到强度和塑性协同达到强韧化的目标。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供高熵合金粉末处理方法。

2、本发明目的通过以下技术方案实现：将高熵合金粉末分别在处理气体中进行热处理，然后冷却得到增强相粉末；所述处理气体选自氩气、氮气、氧气中的两种及以上。热处理温度是200℃以上，且热处理温度最高不超过高熵合金中金属元素的熔点上限(所述熔点上限为高熵合金中各金属元素熔点的最高值，即金属不融化)。通过热处理的高熵合金增强相实现了单相向双相的转变。

3、本发明的另一目的在于提供一种高熵合金增强的金属基复合材料，所述复合材料以高熵合金为增强相，以铝、镁合金为基体。

4、本发明还提供了高熵合金增强的金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)热处理：将高熵合金粉末分别在氩气+氮气、氮气+氧气、氩气+氧气或氩气+氮气+氧气气氛下，在200～1000℃下热处理0.5～1h，然后随炉冷却至室温，得到不同热处理的增强相粉末。其中，“+”表示和的关系，不是混合的关系，如“氩气+氮气”表示将高熵合金粉末在氩气(氮气)中热处理，然后在氮气(氩气)中热处理；

6、(2)混粉：将增强相粉末与铝、镁合金(铝合金或镁合金)粉末置于球磨罐中并密封，混合均匀，一般5～10h后得到混合物料；

7、(3)成型：利用激光烧结、热等静压、粉末轧制、挤压成型或放电等离子体烧结技术(sps)成型。其中sps技术，将混合物料置于套筒内径为直径50mm的石墨模具，烧结厚度为2.8mm。加热至200～600℃，保温5～20min，降温至200℃后随炉冷却至室温，单轴压力为35mpa。

8、所述的高熵合金选自alcocrfeni系高熵合金。

9、所述金属基复合材料为铝合金或镁合金。所述铝合金优选2xxx、7xxx系合金。

10、步骤(3)中材料成型加工方式为：激光烧结、热等静压、粉末轧制、挤压成型或放电等离子体烧结。

11、本发明制备方法的原理为：通过在不同气氛下热处理影响高熵合金溶质在铝(镁)基体中的分配，形成面心(软相)和单斜结构(硬相)相的混合界面，两者相互交织在一起构筑了多相多尺度混合界面。拉伸过程中，硬相区因应力集中严重而萌生裂纹，软相可迟滞裂纹扩展，硬相-软相的协同效应实现复合材料强韧化。

12、本发明的材料及制备方法具有如下优点及有益效果：

13、(1)通过热处理的高熵合金增强相实现了单相向双相的转变；

14、(2)经过热处理的高熵合金粉末作为金属基复合材料的增强相，提高了铝基(镁基)复合材料的强度和塑性，从而达到强韧化；

15、(3)sps技术使高熵合金和铝(镁)基复合材料之间实现了有效的结合，从而在低温烧结温度下快速制造高熵合金铝(镁)基复合材料材料。

技术特征：

1.一种高熵合金粉末处理方法，其特征在于，将高熵合金粉末分别在处理气体中进行热处理，然后冷却得到增强相粉末；

2.根据权利要求1中所述的高熵合金粉末处理方法，其特征在于，其制备的增强相粉末应用于制备高熵合金增强的金属基复合材料，所述复合材料以高熵合金为增强相，以金属基复合材料为基体；

3.如权利要求2中所述的一种高熵合金增强的金属基复合材料，其特征在于，其制备方法为：

4.如权利要求1中所述的一种高熵合金增强的金属基复合材料，其特征在于，所述的高熵合金选自alcocrfeni系高熵合金。

5.如权利要求2中所述的一种高熵合金增强的金属基复合材料，其特征在于，所述金属基复合材料为铝合金或镁合金。

6.如权利要求3中所述的一种高熵合金增强的金属基复合材料制备方法，其特征在于，步骤(2)中材料成型加工方式为：激光烧结、热等静压、粉末轧制、挤压成型或放电等离子体烧结。

7.如权利要求1中所述的一种高熵合金粉末处理方法，其特征在于，热处理温度为200～1000℃。

8.如权利要求1中所述的一种高熵合金粉末处理方法，其特征在于，热处理时间为0.5～1h。

9.如权利要求1中所述的一种高熵合金粉末处理方法，其特征在于，冷却方式为随炉冷却至室温。

技术总结
本发明涉及一种高熵合金粉末处理方法及其处理物应用。将高熵合金粉末分别在处理气体中进行热处理，然后冷却得到增强相粉末；所述处理气体选自氩气、氮气、氧气中的两种及以上；热处理温度是200℃以上，且热处理温度最高不超过高熵合金中金属元素的熔点上限。其制备的增强相粉末应用于制备高熵合金增强的金属基复合材料，所述复合材料以高熵合金为增强相，以铝、镁合金为基体；所述的高熵合金的体积分数为2％～15％，铝、镁合金的体积分数为75％～98％。通过热处理的高熵合金增强相实现了单相向双相的转变；经过热处理的高熵合金粉末作为金属基复合材料的增强相，提高了金属基复合材料的强度和塑性，从而达到强韧化。

技术研发人员：李普博,朱炳科,王中,云心怡,吴斌涛,何力军,张恒铭,蒋小霞,苟宁年
受保护的技术使用者：宁夏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4