本發(fā)明涉及輕質(zhì)高熵合金材料，具體涉及一種晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高強(qiáng)高韌輕質(zhì)高熵合金作為一種特殊類別的合金材料，具有優(yōu)良的綜合性能，因此受到越來越多的關(guān)注。葉均蔚等和cantor等于2004年分別提出了與傳統(tǒng)合金設(shè)計(jì)理念不同的輕質(zhì)高熵合金(high-entropy?alloys，heas)的概念。輕質(zhì)高熵合金是由5種或5種以上金屬元素以等量或大約等量的比例混合而成的合金，其密度較低，且每種元素的含量均在5％～35％(摩爾分?jǐn)?shù))之間。與具有一種主要元素的傳統(tǒng)合金相比，輕質(zhì)高熵合金的獨(dú)特成分賦予了它們優(yōu)異的性能，例如高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、高斷裂韌性、優(yōu)異的低溫性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、良好的耐腐蝕性能等。由于合金中元素種類多且含量相近，使得整個(gè)體系的混合熵較高，這是輕質(zhì)高熵合金名稱的由來。盡管元素種類多，但輕質(zhì)高熵合金往往具有簡單的晶體結(jié)構(gòu)，如面心立方(fcc)或體心立方(bcc)固溶體。單相fcc結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高熵合金雖然塑性好但強(qiáng)度低，而單相bcc結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高熵合金則強(qiáng)度高但延展性差。因此，單相固溶體輕質(zhì)高熵合金在強(qiáng)度和塑性之間往往難以取得平衡。同時(shí)當(dāng)輕質(zhì)高熵合金中含有強(qiáng)碳化物形成元素(如cr)時(shí)，這些元素與碳反應(yīng)可能生成粗大碳化物，這些碳化物在合金中可能作為裂紋源或應(yīng)力集中點(diǎn)，從而降低合金的塑性。此外，晶粒尺寸和形貌對(duì)合金的塑性也有顯著影響。細(xì)小的晶粒通常有利于提高合金的強(qiáng)度和塑性，但過大的晶粒或不規(guī)則的晶粒形貌可能會(huì)降低合金的塑性。在結(jié)構(gòu)材料方面，輕質(zhì)高熵合金納米材料可以用于制備高強(qiáng)度、高韌性和抗腐蝕性的結(jié)構(gòu)材料，如航空航天、汽車制造、船舶工程等領(lǐng)域的零部件。

2、然而，傳統(tǒng)的輕質(zhì)高熵合金在高溫環(huán)境下可能面臨強(qiáng)度下降、韌性不足等問題。因此，開發(fā)具有優(yōu)異性能的輕質(zhì)高熵合金成為行業(yè)者的共同追求目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上分析，本發(fā)明旨在提供一種晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料及其制備方法，用以解決現(xiàn)有的以下問題中的至少之一：提高輕質(zhì)高熵合金材料的強(qiáng)度，提高輕質(zhì)高熵合金材料的韌性。

2、本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料，包括輕質(zhì)高熵合金基體、雜化晶須/纖維材料，以復(fù)合材料的總重計(jì)，雜化晶須/纖維材料的質(zhì)量百分含量為0.01wt.％-8.00wt.％。

4、優(yōu)選地，所述雜化晶須/纖維材料包括晶須材料和纖維材料，所述晶須材料與所述纖維材料的質(zhì)量比為(0.01-1)：1。

5、優(yōu)選地，所述晶須材料的長度為1-70μm，直徑為0.01-0.9μm。

6、優(yōu)選地，所述纖維材料的直徑為0.1-1μm，長度為0.2mm-150mm。

7、優(yōu)選地，所述晶須材料的材質(zhì)包括sic、莫來石、鈦酸鉀、硼酸鋁、硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鋁、氧化鋅中的至少一種。

8、優(yōu)選地，所述纖維材料的材質(zhì)包括石墨烯基碳纖維、s-玻璃纖維、m-玻璃纖維、玄武巖纖維、石英玻璃纖維、氧化鋁纖維、氮化硅纖維中的至少一種。

9、優(yōu)選地，所述輕質(zhì)高熵合金基體包括金屬組元，所述金屬組元包括al、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、y、zr、nb、mo、hf、ta、w中的至少五種。

10、優(yōu)選地，所述金屬組元包括互不相同的第一金屬組元、第二金屬組元、第三金屬組元、第四金屬組元、第五金屬組元，以輕質(zhì)高熵合金基體的總原子百分比為100％計(jì)算，所述第一金屬組元、所述第二金屬組元、所述第三金屬組元、所述第四金屬組元、所述第五金屬組元的原子百分比相同或不同，各自獨(dú)立地為5～35at.％。

11、第二方面，本發(fā)明提供一種所述的晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料的制備方法，包括：

12、獲得包括金屬組元粉末的混合物，進(jìn)行第一次真空電弧熔煉，然后加入晶須材料和纖維材料，進(jìn)行第二次真空電弧熔煉，制得所述晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料。

13、優(yōu)選地，第一次真空電弧熔煉的溫度為2500-3000℃，第一次真空電弧熔煉的壓力為0.05-0.08pa。

14、優(yōu)選地，第二次真空電弧熔煉的溫度為1500-1700℃，第二次真空電弧熔煉的壓力為0.05-0.08pa。

15、第三方面，本發(fā)明提供一種所述的輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料的應(yīng)用，所述輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料用于航空航天、醫(yī)學(xué)、能源、軍事和運(yùn)輸領(lǐng)域的零部件。

16、有益效果：

17、本發(fā)明提供的輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料，通過添加晶須和纖維作為增強(qiáng)增韌材料，對(duì)輕質(zhì)高熵合金的晶格畸變效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)等具有增強(qiáng)作用，同時(shí)晶須和纖維中含有活性元素能夠內(nèi)吸附于晶界形成了晶界強(qiáng)化及晶界釘扎效應(yīng)，能夠細(xì)化晶粒，不僅可以提高輕質(zhì)高熵合金的強(qiáng)度、硬度、韌性，而且有利于提高輕質(zhì)高熵合金的耐高溫、耐腐蝕、耐磨等力學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料，其特征在于，包括輕質(zhì)高熵合金基體、雜化晶須/纖維材料，以復(fù)合材料的總重計(jì)，雜化晶須/纖維材料的質(zhì)量百分含量為0.01wt.％-8.00wt.％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述雜化晶須/纖維材料包括晶須材料和纖維材料，所述晶須材料與所述纖維材料的質(zhì)量比為(0.01-1)：1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述晶須材料的長度為1-70μm，直徑為0.01-0.9μm；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的材料，其特征在于，所述晶須材料的材質(zhì)包括sic、莫來石、鈦酸鉀、硼酸鋁、硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鋁、氧化鋅中的至少一種；

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于，所述輕質(zhì)高熵合金基體包括金屬組元，所述金屬組元包括al、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、y、zr、nb、mo、hf、ta、w中的至少五種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的材料，其特征在于，所述金屬組元包括互不相同的第一金屬組元、第二金屬組元、第三金屬組元、第四金屬組元、第五金屬組元，以輕質(zhì)高熵合金基體的總原子百分比為100％計(jì)算，所述第一金屬組元、所述第二金屬組元、所述第三金屬組元、所述第四金屬組元、所述第五金屬組元的原子百分比相同或不同，各自獨(dú)立地為5～35at.％。

7.一種權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，第一次真空電弧熔煉的溫度為2500-3000℃，和/或，第一次真空電弧熔煉的壓力為0.05-0.08pa。

9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征在于，第二次真空電弧熔煉的溫度為1500-1700℃，和/或，第二次真空電弧熔煉的壓力為0.05-0.08pa。

10.一種權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料或權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的制備方法制得的輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，所述輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料用于航空航天、醫(yī)學(xué)、能源、軍事和運(yùn)輸領(lǐng)域的零部件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料及其制備方法，涉及輕質(zhì)高熵合金材料技術(shù)領(lǐng)域。晶須/纖維改性輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料，包括輕質(zhì)高熵合金基體、雜化晶須/纖維材料，以復(fù)合材料的總重計(jì)，雜化晶須/纖維材料的質(zhì)量百分含量為0.01wt.％?8.00wt.％。本發(fā)明提供的輕質(zhì)高熵合金納米復(fù)合材料，通過添加晶須和纖維作為增強(qiáng)增韌材料，對(duì)輕質(zhì)高熵合金的晶格畸變效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)等具有增強(qiáng)作用，同時(shí)晶須和纖維中含有活性元素能夠內(nèi)吸附于晶界形成了晶界強(qiáng)化及晶界釘扎效應(yīng)，能夠細(xì)化晶粒，可以提高輕質(zhì)高熵合金的強(qiáng)度、硬度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨等力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：顧曉華,王成磊,黨一凡,朱亞濤,陳威龍,陳朱煜,朱尚文,劉巖,劉忠,劉偉杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林航天工業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28