供稿人：黃勝；李滌塵 發(fā)布日期：2017-06-16
印度馬德拉斯理工學(xué)院研究人員利用旋轉(zhuǎn)摩擦焊接機(jī)實(shí)現(xiàn)12vol％的納米晶CoCrFeNi高熵合金顆粒和鋁鎂合金AA5083基體組成的復(fù)合材料的增材制造。表明摩擦沉積法是一種可行的新型高性能復(fù)合材料增材制造技術(shù)。
高熵合金是由四個(gè)或更多個(gè)金屬元素以等摩爾或近等摩爾比例組成的具有簡(jiǎn)單固溶體結(jié)構(gòu)的多主元合金?，F(xiàn)有理論認(rèn)為高熵合金中存在高熵效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)。這些效應(yīng)，使它們具有較少的反應(yīng)性和緩慢的擴(kuò)散行為以及非常高的強(qiáng)度和硬度，故可以在摩擦沉積金屬-金屬復(fù)合材料中作為增強(qiáng)顆粒材料的選擇。
采用機(jī)械合金化方法，將等摩爾配比的Co，Cr，F(xiàn)e和Ni的純?cè)胤勰┰诟吣芮蚰C(jī)中球磨15小時(shí)，形成尺寸為15±5μm的CoCrFeNi高熵合金粉末（晶粒尺寸在10nm左右）；在將其填充入φ20mm的鋁鎂合金AA5083耗材的孔洞（φ1mm）中，如圖1所示。隨后在旋轉(zhuǎn)摩擦焊接機(jī)上進(jìn)行摩擦沉積，其過程如圖2所示，耗材以一定速度旋轉(zhuǎn)，在基材上形成塑性沉積層，后將沉積層和耗材棒進(jìn)行表面加工（表面加工后確保沉積層厚度約為1mm），以獲得平整且無氧化皮的表面。按照上述步驟繼續(xù)進(jìn)行沉積，直到形成40mm的總沉積高度。
圖1 鋁鎂合金AA5083耗材的孔洞分布
圖2 復(fù)合材料摩擦沉積過程示意圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用摩擦沉積可以成功制備鋁鎂合金AA5083基體和納米晶CoCrFeNi高熵合金顆粒組成的金屬-金屬復(fù)合材料，其層間界面沒有任何物理不連續(xù)性或結(jié)合缺陷；納米晶增強(qiáng)顆粒均勻分布于AA5083基體中，顆粒/基體界面沒有脆性金屬間化合物出現(xiàn)；與標(biāo)準(zhǔn)鍛造加工合金AA5083-H112相比，該復(fù)合材料顯示出顯著更高的拉伸強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，與用陶瓷顆粒增強(qiáng)的常規(guī)鋁基復(fù)合材料相比，具有更好的強(qiáng)度和延展性組合。說明摩擦沉積法是一種可行的新型高性能復(fù)合材料的增材制造技術(shù)。
圖3 復(fù)合材料宏微觀組織和拉伸性能