權(quán)利要求

1.黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1)按對(duì)應(yīng)的成分配比要求稱取Mg、Al、Zn、Cu、Ti、Cr、Mn、Ni中的4-6種金屬單質(zhì)粉末，將粉末置于球磨機(jī)中；先低轉(zhuǎn)速混粉后高轉(zhuǎn)速高能球磨，通過機(jī)械合金化的方式制得高熵非晶合金粉末； (2)將高熵非晶合金粉末與1xxx～7xxx系鋁合金粉末按所需成分配比在行星球磨機(jī)中進(jìn)行均勻混合，得到高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的原始粉末； (3)采用放電等離子燒結(jié)工藝對(duì)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末進(jìn)行燒結(jié)，制得鋁基復(fù)合材料塊體，燒結(jié)溫度需要在高熵非晶合金黏性流動(dòng)態(tài)區(qū)間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述Mg、Al、Zn、Cu、Ti、Cr、Mn、Ni金屬單質(zhì)粉末的原子百分比均在15at％～35at％之間。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述粉末混合與球磨都在同一球磨罐中進(jìn)行，整個(gè)過程都在氬氣氛圍保護(hù)下進(jìn)行，混合后不取出粉末直接進(jìn)行球磨；混粉時(shí)轉(zhuǎn)速為50～150r/min，時(shí)間為1～2.5h；球磨時(shí)轉(zhuǎn)速為250～400r/min，時(shí)間為20～60h，球料比為(8～15)：1。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述高熵非晶合金粉末最大粒徑在50～100μm。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末中，高熵非晶合金粉末增強(qiáng)體所占的體積分?jǐn)?shù)為1～40vol％。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述高熵非晶增強(qiáng)體粉末與鋁合金基體粉末在行星球磨機(jī)中進(jìn)行混合，粉末混合時(shí)球磨罐中的球料比為(4～8)：1，球磨時(shí)間為5～8h，轉(zhuǎn)速為50～150r/min。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述高熵非晶合金增強(qiáng)體粉末與鋁合金基體粉末在行星球磨機(jī)中進(jìn)行混合的操作中，混粉過程在氬氣氛圍保護(hù)下進(jìn)行。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述燒結(jié)過程中所用的模具為石墨模具或耐熱鋼。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述升溫速率為80～120℃/min，燒結(jié)溫度為400～550℃，保溫時(shí)間為5～25min，燒結(jié)壓力為25～60MPa。 10.權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述制備方法制備得到黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度、高致密度、低密度的鋁基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究中，可以通過改變?cè)鰪?qiáng)體顆粒的類型、形貌特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方式對(duì)復(fù)合材料的性能做出調(diào)控，使得鋁基復(fù)合材料表現(xiàn)出高強(qiáng)度、高耐磨性、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、良好的尺寸穩(wěn)定性等特點(diǎn)。常見的顆粒增強(qiáng)體有SiC、Al 2O 3、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(fā)展也逐漸出現(xiàn)了一些以高熵合金顆粒和非晶合金顆粒為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。

非晶合金具有短程有序、長程無序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)使得非晶合金在宏觀上表現(xiàn)出高強(qiáng)度、高模量、高耐腐蝕性等特點(diǎn)。非晶合金在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度T g和晶化溫度T x之間存在一個(gè)過冷液相區(qū)，該過冷液相區(qū)內(nèi)材料呈現(xiàn)出超塑性能以及黏性流動(dòng)行為。非晶合金在過冷液相區(qū)內(nèi)隨著溫度升高，黏性會(huì)下降，在宏觀上能表現(xiàn)出拉伸超塑性。2011年，中科院汪衛(wèi)華院士團(tuán)隊(duì)(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(xiàn)出均勻流變行為且具有優(yōu)異的抗腐蝕性的Sr 20Ca 20Yb 20Mg 20Zn 20、Sr 20Ca 20Yb 20Mg 20Zn 10Cu 10、Sr 20Ca 20Yb 20Zn 20(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(xué)性能、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、過冷液相區(qū)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(qū)具有黏流態(tài)特性，基于這種特性開發(fā)一系列過冷液相區(qū)與粉末冶金燒結(jié)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(fù)合材料的增強(qiáng)體，在燒結(jié)過程中通過增加壓力對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行擠壓，在過冷液相區(qū)間的高熵非晶合金受壓發(fā)生黏性流動(dòng)，形成了獨(dú)特的非連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提高了鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度、塑性和致密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的是通過機(jī)械合金化的方式制備在鋁基復(fù)合材料燒結(jié)溫度內(nèi)處于黏性流動(dòng)態(tài)的高熵非晶合金增強(qiáng)體顆粒，該增強(qiáng)體顆粒的過冷液相區(qū)(黏性流動(dòng)態(tài))需要與粉末冶金制備鋁基復(fù)合材料的燒結(jié)溫度區(qū)間重合，即在相關(guān)燒結(jié)溫度內(nèi)高熵非晶合金增強(qiáng)體顆粒能表現(xiàn)出黏性流動(dòng)的特性。處于黏性流動(dòng)態(tài)的高熵非晶合金在受到擠壓時(shí)會(huì)向外黏性流動(dòng)到基體顆粒的周圍，形成非連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，既提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度也提高了塑性。該特殊結(jié)構(gòu)使本發(fā)明中所制備的鋁基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高塑性、高致密度、低密度等優(yōu)良性能。

本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。該方法通過放電等離子燒結(jié)制得高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按對(duì)應(yīng)的成分配比要求稱取Mg、Al、Zn、Cu、Ti、Cr、Mn、Ni中的4～6種金屬單質(zhì)粉末，將粉末置于球磨機(jī)中；先低轉(zhuǎn)速混粉后高轉(zhuǎn)速高能球磨，通過機(jī)械合金化的方式制得高熵非晶合金粉末；

(2)將高熵非晶合金粉末與1xxx～7xxx系鋁合金粉末按所需成分配比在行星球磨機(jī)中進(jìn)行均勻混合，得到高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的原始粉末；

(3)采用放電等離子燒結(jié)工藝對(duì)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末進(jìn)行燒結(jié)，制得鋁基復(fù)合材料塊體，燒結(jié)溫度需要在高熵非晶合金黏性流動(dòng)態(tài)區(qū)間。

上述方法中，步驟(1)中，所述Mg、Al、Zn、Cu、Ti、Cr、Mn、Ni金屬單質(zhì)粉末的原子百分比均在15at％～35at％之間。

上述方法中，步驟(1)中，所述粉末混合與球磨都在同一球磨罐中進(jìn)行，整個(gè)過程都在氬氣氛圍保護(hù)下進(jìn)行，混合后不取出粉末直接進(jìn)行球磨；混粉時(shí)轉(zhuǎn)速為50～150r/min，時(shí)間為1～2.5h；球磨時(shí)轉(zhuǎn)速為250～400r/min，時(shí)間為20～60h，球料比為(8～15)：1。

上述方法中，步驟(2)中，所述高熵非晶合金粉末最大粒徑在50～100μm。

上述方法中，步驟(2)中，所述高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末中，高熵非晶合金粉末增強(qiáng)體所占的體積分?jǐn)?shù)為1～40vol％。

上述方法中，步驟(2)中，所述高熵非晶增強(qiáng)體粉末與鋁合金基體粉末在行星球磨機(jī)中進(jìn)行混合，粉末混合時(shí)球磨罐中的球料比為(4～8)：1，球磨時(shí)間為5～8h，轉(zhuǎn)速為50～150r/min。

上述方法中，步驟(2)中，所述高熵非晶增強(qiáng)體粉末與鋁合金基體粉末在行星球磨機(jī)中進(jìn)行混合，混粉過程在氬氣氛圍保護(hù)下進(jìn)行。

上述方法中，步驟(3)中，所述燒結(jié)過程中所用的模具為石墨模具或耐熱鋼。

上述方法中，步驟(3)中，所述升溫速率為80～120℃/min，燒結(jié)溫度為400～550℃，保溫時(shí)間為5～25min，燒結(jié)壓力為25～60MPa。

本發(fā)明所得到的鋁基復(fù)合材料在加壓燒結(jié)過程中高熵非晶合金顆粒增強(qiáng)體受擠壓發(fā)生黏性流動(dòng)，非晶增強(qiáng)體的形貌由顆粒狀結(jié)構(gòu)被擠成非連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明該非連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能提高復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度和塑性。經(jīng)對(duì)比分析存在以下三個(gè)原因。

(1)均勻分布的非連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋的擴(kuò)展有一定阻礙作用。

(2)受擠壓后發(fā)生黏性流動(dòng)的高熵非晶合金與鋁合金基體顆粒的接觸表面積增大，所形成擴(kuò)散層的面積增大。擴(kuò)散層是基體與增強(qiáng)體之間載荷傳遞的載體。

(3)擠壓后的高熵非晶合金形狀發(fā)生變化，增強(qiáng)體與基體之間的相互嵌入互鎖作用得到加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了一種良好的機(jī)械絞合狀態(tài)。

與現(xiàn)在常見的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本發(fā)明開發(fā)了一種新的鋁基復(fù)合材料的制備方式，把在鋁基復(fù)合材料燒結(jié)溫度內(nèi)處于黏性流動(dòng)態(tài)的高熵非晶合金顆粒做為增強(qiáng)體，非晶顆粒受擠壓變形形成獨(dú)特的非連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體，提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑性。

(2)本發(fā)明所制備的高熵非晶合金增強(qiáng)體在430℃到625℃之間處于黏性流動(dòng)狀態(tài)，該高熵非晶合金增強(qiáng)體同樣可以應(yīng)用在其他相似燒結(jié)溫度區(qū)間的復(fù)合材料中。

(3)本發(fā)明所制備的高熵非晶合金增強(qiáng)體密度較低，在3.5～6g/cm 3之間，所制備的高熵非晶增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有低密度的特點(diǎn)。

(4)本發(fā)明采用放電等離子燒結(jié)制備復(fù)合材料塊體，放電等離子燒結(jié)工藝具有快速升溫的特點(diǎn)，能夠使高熵非晶合金增強(qiáng)體快速到達(dá)黏性流動(dòng)狀態(tài)，有利于非連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成。

(5)本發(fā)明中黏性流動(dòng)的高熵非晶合金能快速填滿粉末之間堆疊形成的空腔，提高了材料的致密性，致密度能達(dá)到98.5％～99.2％。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1步驟一所得高熵非晶合金粉體的XRD圖。

圖2為實(shí)施例1步驟一所得高熵非晶合金粉體的DSC圖。

圖3為實(shí)施例1步驟三所得到的黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的掃描電鏡圖(SEM)，放大倍率為1000倍。

圖4為實(shí)施例1步驟三所得到的高熵非晶合金增強(qiáng)體在不發(fā)生黏性流動(dòng)到發(fā)生黏性流動(dòng)的溫度梯度之間鋁基復(fù)合材料形貌的掃描電鏡(SEM)圖。

圖5為實(shí)施例1步驟三所得到的高熵非晶合金增強(qiáng)體在不發(fā)生黏性流動(dòng)到發(fā)生黏性流動(dòng)的溫度梯度之間鋁基復(fù)合材料形貌的掃描電鏡(SEM)圖。

圖6為實(shí)施例1步驟三所得到的高熵非晶合金增強(qiáng)體在不發(fā)生黏性流動(dòng)到發(fā)生黏性流動(dòng)的溫度梯度之間鋁基復(fù)合材料形貌的掃描電鏡(SEM)圖。

圖7為實(shí)施例1步驟三所得到的高熵非晶合金增強(qiáng)體在不發(fā)生黏性流動(dòng)到發(fā)生黏性流動(dòng)的溫度梯度之間鋁基復(fù)合材料形貌的掃描電鏡(SEM)圖。

圖8為實(shí)施例1步驟三所得到的高熵非晶合金增強(qiáng)體在不發(fā)生黏性流動(dòng)到發(fā)生黏性流動(dòng)的溫度梯度之間燒結(jié)后得到的鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

本申請(qǐng)實(shí)施例中所用原料均可從商業(yè)渠道獲得。

實(shí)施例1

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備MgAlZnCu高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了MgAlZnCu高熵非晶合金，其理論密度為5.14g/cm 3，在該體系高熵非晶合金中Mg、Al、Zn、Cu四種元素的原子百分比均為25at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Mg粉40.47g、Al粉44.91g、Zn粉108.84g、Cu粉105.78g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入3000g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以100r/min的轉(zhuǎn)速混粉1h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到350r/min高能球磨40h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得MgAlZnCu高熵非晶合金粉末。

步驟二：MgAlZnCu高熵非晶合金粉末與6061Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的MgAlZnCu高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為50μm的MgAlZnCu高熵非晶合金粉末，將其作為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為10vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)6061Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要MgAlZnCu粉末17.22g，6061Al合金粉末82.78g。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入600g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以100r/min轉(zhuǎn)速混粉5h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)6061Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為80℃/min，燒結(jié)溫度為500℃，保溫時(shí)間為5min，燒結(jié)壓力為50MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)6061Al基復(fù)合材料?？箟簭?qiáng)度達(dá)到765MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到192MPa，壓縮率達(dá)到27.2％。

本實(shí)施例步驟一所得到的MgAlZnCu高熵非晶合金粉末的XRD如圖1所示。在球磨40h后，XRD圖譜中已經(jīng)沒有晶體峰，而是出現(xiàn)了非晶合金典型的漫散峰(饅頭峰)。圖2的MgAlZnCu粉末的DSC曲線中出現(xiàn)的晶化峰也證明MgAlZnCu粉末為高熵非晶合金粉末，其中玻璃化溫度T g為430℃，晶化溫度T x為640℃，兩個(gè)溫度區(qū)間為過冷液相區(qū)，高熵非晶合金在該溫度區(qū)間會(huì)表現(xiàn)出黏性流動(dòng)態(tài)。本實(shí)施例步驟三得到的黏流態(tài)非晶增強(qiáng)6061鋁基復(fù)合材料的形貌如圖3所示，其中非晶合金有明顯受擠壓發(fā)生黏性流動(dòng)的形貌，形成了均勻分布的非連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。圖4～圖7為不發(fā)生黏性流動(dòng)(T<T g)到發(fā)生黏性流動(dòng)(T g<T<T x)的溫度梯度之間非晶形貌的SEM對(duì)比圖。圖4(425℃)、圖5(450℃)、圖6(475℃)、圖7(500℃)的溫度逐漸上升，其中圖4的樣品燒結(jié)溫度小于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，圖5樣品燒結(jié)溫度略高于晶化溫度。對(duì)比分析可以看出隨著溫度升高，黏度下降，流動(dòng)性上升，非晶顆粒受到擠壓流動(dòng)的情況變得更加明顯。圖8為圖4～圖7中四組樣品的壓縮曲線，其中500℃燒結(jié)樣品的抗壓強(qiáng)度與塑性都是四組中最高。

實(shí)施例2

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備Mg 35Al 25Zn 20Cu 20高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了Mg 35Al 25Zn 20Cu 20高熵非晶合金，其理論密度為4.50g/cm 3，在該體系高熵非晶合金中Mg、Al、Zn、Cu四種元素的原子百分比分別為35at％、25at％、20at％、20at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Mg粉62.19g、Al粉49.30g、Zn粉95.62g、Cu粉92.90g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入4000g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以150r/min的轉(zhuǎn)速混粉1.5h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到400r/min高能球磨50h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得Mg 35Al 25Zn 20Cu 20高熵非晶合金粉末。

步驟二：Mg 35Al 25Zn 20Cu 20高熵非晶合金粉末與5083Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的Mg 35Al 25Zn 20Cu 20高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為60μm的Mg 35Al 25Zn 20Cu 20高熵非晶合金粉末，將其做為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為10vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)5083Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要Mg 35Al 25Zn 20Cu 20粉末17.22g，5083Al合金粉末82.78g。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入600g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以100r/min轉(zhuǎn)速混粉6h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)5083Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為120℃/min，燒結(jié)溫度為520℃，保溫時(shí)間為10min，燒結(jié)壓力為40MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)5083Al基復(fù)合材料。抗壓強(qiáng)度達(dá)到642MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到210MPa，壓縮率達(dá)到29.2％。

實(shí)施例3

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備Al 35Mg 25Cu 25Zn 15高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了Al 35Mg 25Cu 25Zn 15高熵非晶合金，其理論密度為4.69g/cm 3，在該體系高熵非晶合金中Al、Mg、Cu、Zn四種元素的原子百分比分別為35at％、25at％、25at％、15at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Al粉68.73g、Mg粉44.22g、Cu粉115.65g、Zn粉71.40g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入2400g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以60r/min的轉(zhuǎn)速混粉2h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到400r/min高能球磨60h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得Al 35Mg 25Cu 25Zn 15高熵非晶合金粉末。

步驟二：Al 35Mg 25Cu 25Zn 15高熵非晶合金粉末與7075Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的Al 35Mg 25Cu 25Zn 15高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為80μm的Al 35Mg 25Cu 25Zn 15高熵非晶合金粉末，將其做為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為25vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)7075Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要Al 35Mg 25Cu 25Zn 15粉末35.75g，7075Al合金粉末64.25g。

用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入650g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以110r/min轉(zhuǎn)速混粉6h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)7075Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的非晶增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為90℃/min，燒結(jié)溫度為510℃，保溫時(shí)間為5min，燒結(jié)壓力為55MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)7075Al基復(fù)合材料。抗壓強(qiáng)度達(dá)到844MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到295MPa，壓縮率達(dá)到15.8％。

實(shí)施例4

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備Al 30Mg 20Cu 20Zn 15Ti 15高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了Al 30Mg 20Cu 20Zn 15Ti 15高熵非晶合金，其理論密度為4.70g/cm 3，在該體系高熵非晶合金中Al、Mg、Cu、Zn、Ti四種元素的原子百分比分別為30at％、20at％、20at％、15at％、15at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Al粉56.93g、Mg粉34.19g、Cu粉89.39g、Zn粉68.98g、Ti粉50.51g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入4500g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以50r/min的轉(zhuǎn)速混粉2.5h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到380r/min高能球磨60h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得Al 30Mg 20Cu 20Zn 15Ti 15高熵非晶合金粉末。

步驟二：Al 30Mg 20Cu 20Zn 15Ti 15高熵非晶合金粉末與2024Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的Al 30Mg 20Cu 20Zn 15Ti 15高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為100μm的Al 30Mg 20Cu 20Zn 15Ti 15高熵非晶合金粉末，將其做為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為40vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)2024Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要Al 30Mg 20Cu 20Zn 15Ti 15粉末53.44g，2024Al合金粉末46.56g。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入800g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以140r/min轉(zhuǎn)速混粉8h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)2024Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為80℃/min，燒結(jié)溫度為530℃，保溫時(shí)間為18min，燒結(jié)壓力為35MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)2024Al基復(fù)合材料?？箟簭?qiáng)度達(dá)到896MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到314MPa，壓縮率達(dá)到9.8％。

實(shí)施例5

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備Cu 25Zn 25Al 20Mg 15Cr 15高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了Cu 25Zn 25Al 20Mg 15Cr 15高熵非晶合金，其理論密度為5.90g/cm 3，在該體系高熵非晶合金中Cu、Zn、Al、Mg、Cr五種元素的原子百分比分別為25at％、25at％、20at％、15at％、15at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Cu粉97.12g、Zn粉99.93g、Al粉32.99g、Mg粉22.29g、Cr粉47.68g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入3800g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以90r/min的轉(zhuǎn)速混粉2h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到400r/min高能球磨60h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得Cu 25Zn 25Al 20Mg 15Cr 15高熵非晶合金粉末。

步驟二：Cu 25Zn 25Al 20Mg 15Cr 15高熵非晶合金粉末與3005Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的Cu 25Zn 25Al 20Mg 15Cr 15高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為50μm的Cu 25Zn 25Al 20Mg 15Cr 15高熵非晶合金粉末，將其做為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為5vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)3005Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要Cu 25Zn 25Al 20Mg 15Cr 15粉末10.25g，3005Al合金粉末89.75g。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入800g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以140r/min轉(zhuǎn)速混粉8h至混合均勻。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入400g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以120r/min轉(zhuǎn)速混粉7h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)3005Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為110℃/min，燒結(jié)溫度為530℃，保溫時(shí)間為15min，燒結(jié)壓力為25MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)3005Al基復(fù)合材料?？箟簭?qiáng)度達(dá)到425MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到187MPa，壓縮率達(dá)到32.4％。

實(shí)施例6

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備Al 25Mg 20Zn 20Cu 20Ni 15高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了Al 25Mg 20Zn 20Cu 20Ni 15高熵非晶合金，其理論密度為5.58g/cm 3，在該體系高熵非晶合金中Al、Mg、Zn、Cu、Ni五種元素的原子百分比分別為25at％、20at％、20at％、20at％、15at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Al粉43.80g、Mg粉31.57g、Zn粉84.93g、Cu粉82.53g、Ni粉57.14g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入4200g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以60r/min的轉(zhuǎn)速混粉2h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到330r/min高能球磨45h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得Al 25Mg 20Zn 20Cu 20Ni 15高熵非晶合金粉末。

步驟二：Al 25Mg 20Zn 20Cu 20Ni 15高熵非晶合金粉末與7050Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的Al 25Mg 20Zn 20Cu 20Ni 15高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為75μm的Al 25Mg 20Zn 20Cu 20Ni 15高熵非晶合金粉末，將其做為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為35vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)7050Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要Al 25Mg 20Zn 20Cu 20Ni 15粉末51.50g，7050Al合金粉末48.50g。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入600g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以90r/min轉(zhuǎn)速混粉8h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)7050Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為80℃/min，燒結(jié)溫度為550℃，保溫時(shí)間為12min，燒結(jié)壓力為50MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)7050Al基復(fù)合材料?？箟簭?qiáng)度達(dá)到836MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到262MPa，壓縮率達(dá)到11.9％。

實(shí)施例7

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備Cu 20Mg 20Al 15Zn 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了Cu 20Mg 20Al 15Zn 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金，其理論密度為5.41g/cm 3，在該體系高熵非晶合金中Cu、Mg、Al、Zn、Ti、Mn六種元素的原子百分比分別為20at％、20at％、15at％、15at％、15at％、15at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Cu粉81.39g、Mg粉31.13g、Al粉25.92g、Zn粉62.81g、Ti粉45.99g、Mn粉52.77g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入2400g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以70r/min的轉(zhuǎn)速混粉2.5h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到360r/min高能球磨40h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得Cu 20Mg 20Al 15Zn 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末。

步驟二：Cu 20Mg 20Al 15Zn 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末與5005Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的Cu 20Mg 20Al 15Zn 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為90μm的Cu 20Mg 20Al 15Zn 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末，將其做為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為15vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)5005Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要Cu 20Mg 20Al 15Zn 15Ti 15Mn 15粉末26.19g，5005Al合金粉末73.81g。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入800g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以100r/min轉(zhuǎn)速混粉5h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)5005Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為90℃/min，燒結(jié)溫度為490℃，保溫時(shí)間為15min，燒結(jié)壓力為45MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)5005Al基復(fù)合材料?？箟簭?qiáng)度達(dá)到648MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到209MPa，壓縮率達(dá)到20.08％。

實(shí)施例8

步驟一：高熵非晶合金的成分設(shè)計(jì)，機(jī)械合金化制備Zn 25Mg 15Al 15Cu 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末

設(shè)計(jì)了Zn 25Mg 15Al 15Cu 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金，其理論密度為5.59g/cm 3，在該體系非晶合金中Zn、Mg、Al、Cu、Ti、Mn六種元素的原子百分比分別為25at％、15at％、15at％、15at％、15at％、15at％，以粉末總量為300g分別計(jì)算各成分的質(zhì)量為Zn粉100.10g、Mg粉22.32g、Al粉24.78g、Cu粉58.36g、Ti粉43.98g、Mn粉50.46g，用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量。將粉末裝在球磨罐中，放入3500g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)。在行星球磨機(jī)上先以80r/min的轉(zhuǎn)速混粉2h，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速到380r/min高能球磨50h。機(jī)械合金化完成后，在氬氣保護(hù)的手套箱中將球磨罐中的粉末取出并對(duì)裝粉的試劑瓶套上真空袋密封(避免吸水或氧化)，獲得Zn 25Mg 15Al 15Cu 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末。

步驟二：Zn 25Mg 15Al 15Cu 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末與4004Al合金粉末的均勻混合

將步驟一中所制得的Zn 25Mg 15Al 15Cu 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末過篩網(wǎng)，得到最大粒徑為80μm的Zn 25Mg 15Al 15Cu 15Ti 15Mn 15高熵非晶合金粉末，將其做為增強(qiáng)體粉末制備體積分?jǐn)?shù)為2vol％的高熵非晶合金增強(qiáng)4004Al合金粉末。按照總量為100g的鋁基復(fù)合材料粉末計(jì)算，需要Zn 25Mg 15Al 15Cu 15Ti 15Mn 15粉末4.10g，4004Al合金粉末95.90g。用電子天平稱取相應(yīng)質(zhì)量，將粉末裝在球磨罐中，放入400g的不銹鋼珠，通入氬氣保護(hù)，在行星球磨機(jī)上以80r/min轉(zhuǎn)速混粉6h至混合均勻。

步驟三：放電等離子燒結(jié)制備黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)4004Al基復(fù)合材料

將步驟二得到的高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末裝入石墨模具中，然后通過放電等離子燒結(jié)設(shè)備對(duì)粉末進(jìn)行加壓燒結(jié)。燒結(jié)參數(shù)如下：升溫速率為100℃/min，燒結(jié)溫度為530℃，保溫時(shí)間為12min，燒結(jié)壓力為55MPa。

燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫脫模，獲得黏流態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)4004Al基復(fù)合材料?？箟簭?qiáng)度達(dá)到395MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到183MPa，壓縮率達(dá)到48.7％。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

黏性流動(dòng)態(tài)高熵非晶合金增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法.pdf