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)摩擦焊接機實現(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)。
高熵合金是由四個或更多個金屬元素以等摩爾或近等摩爾比例組成的具有簡單固溶體結(jié)構(gòu)的多主元合金?，F(xiàn)有理論認為高熵合金中存在高熵效應(yīng)、遲滯擴散效應(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)性和緩慢的擴散行為以及非常高的強度和硬度，故可以在摩擦沉積金屬-金屬復(fù)合材料中作為增強顆粒材料的選擇。
采用機械合金化方法，將等摩爾配比的Co，Cr，F(xiàn)e和Ni的純元素粉末在高能球磨機中球磨15小時，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)摩擦焊接機上進行摩擦沉積，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
實驗結(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)；與標準鍛造加工合金AA5083-H112相比，該復(fù)合材料顯示出顯著更高的拉伸強度和抗壓強度，與用陶瓷顆粒增強的常規(guī)鋁基復(fù)合材料相比，具有更好的強度和延展性組合。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