供稿人:連偉波 魯中良 發(fā)布日期：2017-09-22
摩擦沉積法作為一種新的金屬-金屬復(fù)合材料增材制造方法，通過強烈的金屬塑性變形使兩種材料混合并結(jié)合在一起形成一種微粒彌散增強復(fù)合材料。高熵合金是一種新型材料, 由多組分 (通常是四或更多的金屬元素) 組成。根據(jù)研究表明, 高熵合金粉末擁有一些特殊性質(zhì): (1) 熵效應(yīng), (2) 緩慢擴散效應(yīng), (3) 嚴重晶格畸變效應(yīng), (4) 雞尾酒效應(yīng)。其固有的反應(yīng)性和緩慢的擴散行為使其具有很高的強度和硬度, 在摩擦沉積金屬-金屬復(fù)合材料中作為增強材料的一種極好的選擇。
印度理工學(xué)院馬德拉斯分校冶金與材料工程學(xué)院G.M. Karthik團隊出以鋁鎂合金AA5083基體和體積分數(shù)為12%納米CoCrFeNi高熵合金粉末摩擦沉積制造高性能顆粒增強復(fù)合材料。由于惰性的高強度的合金增強顆粒，層接口或加固/基體界面形成一種無脆性的金屬間化合物的。增強復(fù)合材料表現(xiàn)出顯著較高的抗拉和抗壓強度。
圖1 摩擦沉積增材制造的原理圖
該技術(shù)的原理是將預(yù)定的高熵合金粉末填充于鎂鋁合金棒料的孔內(nèi)，圖2為實驗用的棒料，通過棒料與基板加壓接觸旋轉(zhuǎn)過程（類似于摩擦焊）中，高熵合金粉末混合于基材中形成一種顆粒增強原理的復(fù)合材料。
圖2 實驗用的棒料
采用12v%的納米CoCrFeNi高熵合金粉末增強顆粒，合金5083在抗拉和抗壓強度實現(xiàn)大幅增長。復(fù)合材料的高強度來自于載荷傳遞和彌散硬化機制的組合。同時，金屬增強材料保證了復(fù)合材料的足夠延展性。圖3為斷面的二次電子(SE)像和背散射電子(BSE)像。
圖3 斷面的二次電子(SE)像和背散射電子(BSE)像 （白色箭頭指示為高熵合金粉末增強顆粒，黃色箭頭指示嵌入顆粒）