高熵合金颗粒增强铸造铝合金的制备及性能研究

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高熵合金颗粒增强铝基复合材料具有强度高、韧性良好、界面润湿性好的特点,是近些年研究热点,其在航空航天、轨道交通、通讯器件、LED等领域和行业具有显著的应用潜力。然而,目前关于高熵合金颗粒增强铝基复合材料的制备成形研究主要为固态法,采用液态法鲜有报道。本文采用压力浸渗工艺制备了高熵合金颗粒增强铝基复合材料。分别研究了浇注温度、体积分数和球磨工艺(干磨、湿磨)对Al0.25Cu0.75FeCoNi颗粒增强铝合金的组织和力学性能的影响。根据优化的工艺参数,制备了低密度AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒增强铝基复合材料,并研究了该材料的组织与性能,得出了以下主要结论:分别利用干磨法和湿磨法制备了Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金颗粒。一种平均粒径为53.6μm,另一种平均粒径为15.7μm。这两种工艺制备的Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金颗粒均为FCC晶体结构。利用湿磨法制备了AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒,平均粒径为10.4μm,其为BCC晶体结构。采用压力浸渗工艺制备了高熵合金颗粒增强铝基复合材料。随着浇注温度增加,干磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料中基体平均晶粒尺寸和界面扩散层厚度不断增加;复合材料的硬度不断地增加,其抗拉强度先增加后减小,伸长率不断降低;随着体积分数增加,干磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料的抗拉强度逐渐降低,伸长率显著降低。随着浇注温度提高,湿磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料界面扩散层的厚度不断增加;随着体积分数减小,湿磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料中增强体团聚现象逐渐减弱,复合材料的抗拉强度先升高后下降,伸长率逐渐升高。当浇注温度同为720℃,体积分数同为5%时,干磨法制备的Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金颗粒在基体中弥散分布,而湿磨法制备的Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金颗粒在基体中出现团聚现象。干磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料的抗拉强度为162 MPa,湿磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料的抗拉强度为174 MPa,分别较基体提升了5.2%和13.0%,但伸长率均较基体发生了一定下降。相较而言,湿磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料下降得更多一些。干磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料和湿磨-压力浸渗工艺制备(Al0.25Cu0.75FeCoNi)p/Al-Si复合材料的界面结合类型均为扩散结合型界面。当浇注温度为720℃,体积分数为1%时,湿磨-压力浸渗工艺制备(AlSiTiCrNiCu)p/Al-Si复合材料中,增强体分布在基体中弥散分布,界面扩散层平均厚度为650nm,界面结合类型为扩散结合型界面。(AlSiTiCrNiCu)p/Al-Si复合材料的抗拉强度为185 MPa,伸长率为14.6%,密度为2.74 g/cm3,为本文所有制备材料中性能最优。
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