多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料及其制备方法，以镁锂合金为基体材料，以多孔高熵合金以及石墨烯量子点为增强相；多孔高熵合金为等摩尔比的CoCrFeNiAl多孔高熵合金，表面具有10

【技术实现步骤摘要】
多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，具体涉及多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]新型超轻金属结构材料的开发对现代航空航天领域的减重具有重要意义。
[0003]镁锂合金一般含锂5
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16wt％，以及少量其他合金化元素，例如铝、锌等。镁锂合金的密度一般在1.30
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1.60g/cm3，比一般的工业镁合金低15
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25％，比铍合金低25
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30％，比铝合金低50％，是目前为止密度最轻的金属结构材料。镁锂合金除了具有密度低、比模量和比强度高、塑性好、低温韧性好、对缺口不敏感、各向异性不明显等特性外，还具有的阻尼减震性能、导热性能、电磁屏蔽性能、抗高能粒子穿透等优点。但是由于其力学性能以及金属活性等缺陷限制了其广泛应用。
[0004]高熵合金是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金，由于高熵合金具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。其中CoCrFeNiAl高熵合金具有很高的强度和硬度，将其作为颗粒增强相加入到镁锂基复合材料基体中，有望发挥很好的强化作用。石墨烯量子点一般是横向尺寸在100nm以下，纵向尺寸可以在几nm以下，具有一层、两层或者几层的石墨烯结构，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。石墨烯量子点具有很高的理论强度和较低的密度，也是镁锂基复合材料中理想的增强相。
[0005]如何提高镁锂合金基体与高熵合金等增强相之间的结合力以提高其力学性能，仍有待解决。

技术实现思路

[0006]为了提高镁锂合金基体的力学性能，而提供多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料及其制备方法。通过采用多孔高熵合金颗粒和石墨烯量子点作为增强相进行混合掺杂，提高了镁锂合金基体与增强相之间的结合力，有效提高了镁锂合金材料的力学性能。
[0007]多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料，以镁锂合金为基体材料，以多孔高熵合金以及石墨烯量子点为增强相；
[0008]所述多孔高熵合金为等摩尔比的CoCrFeNiAl多孔高熵合金，粒径50
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200μm，表面具有10
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30％的孔隙率、孔隙直径小于等于500nm、孔隙深度小于5μm；
[0009]所述石墨烯量子点的直径小于等于100nm、片层厚度小于10nm。
[0010]进一步地，所述复合材料包含如下重量百分比的原材料：2
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10％的所述多孔高熵合金，0.5
‑
3％的所述石墨烯量子点，3
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8％的Al，5
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12％的Li，余量为Mg，以及总量小于0.02％的杂质元素。
[0011]上述多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)按照原材料重量百分比计算原材料Mg、Li、Al、CoCrFeNiAl多孔高熵合金、石墨烯量子点的用量并配料；
[0013]先将CoCrFeNiAl多孔高熵合金、石墨烯量子点与Al粉进行球磨，然后预压成块状物料；
[0014](2)熔炼Mg块及Li块，完全熔化后加入所述块状物料，继续熔炼，待熔炼完成后铸造成型得到多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料。
[0015]进一步地，所述多孔高熵合金的制备是将等摩尔比的Co、Cr、Fe、Ni、Al以及Li进行电弧熔炼，然后热轧、剪切成粒径为50
‑
200μm的颗粒，经过不同程度的脱合金化处理，得到CoCrFeNiAl多孔高熵合金；
[0016]再进一步地，所述电弧熔炼的条件为：电压380V、电流50A、时间2min；所述脱合金化处理是在800
‑
1000℃下进行真空蒸发。脱合金化处理的目的是将Li去除，方法可以是高温真空蒸发法，利用Li元素与其他五种元素在真空中蒸气压的不同，将高熵合金颗粒在真空条件下加热至800
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1000℃，保温2
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4h，即可得到孔隙率10
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30％的CoCrFeNiAl多孔高熵合金。孔隙率和孔洞大小深度等通过调整真空加热温度和保温时间来控制。或者可以采用
[0017]进一步地，步骤1中所述预压的压力为40
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100MPa、时间为5
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15min。
[0018]进一步地，步骤2中熔炼为密封惰性气氛下的感应熔炼，所述熔炼的过程中施加电磁搅拌以及机械搅拌。
[0019]进一步地，步骤1中所述球磨的转速为800
‑
1000r/min、时间为10
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30min。
[0020]进一步地，步骤2中所述熔炼的温度为680
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750℃、时间为10
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20min。
[0021]有益技术效果：
[0022](1)本专利技术通过同时加入多孔高熵合金颗粒和石墨烯量子点作为增强相，发挥不同类型、尺度增强相在强化方面的不同作用，利用混掺增强实现协同强化的效果，强化效果远超过传统单一种类、单一尺度增强相增强的镁锂基复合材料；
[0023](2)本专利技术通过将多孔高熵合金颗粒、石墨烯量子点与Al粉进行混合球磨后再压制成块，保证了多孔高熵合金颗粒和石墨烯量子点在后续熔炼过程中的均匀分布，避免了团聚现象的发生；
[0024](3)本专利技术通过在高熵合金颗粒表面形成多孔结构，并添加石墨烯量子点，在球磨混合阶段，小尺寸的石墨烯量子点会进入高熵合金的多孔结构中，避免石墨烯的团聚；在后续复合材料熔炼的过程中，熔融的液态金属(熔点低)渗入高熵合金(熔点高)的多孔结构，大幅增加了基体材料与增强相之间的接触面积，通过高尚合金的多孔结构提高了基体材料与增强相的界面结合力，使得增强相能够均匀分散在基体材料中，从而显著提高复合材料的力学性能。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、
方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0027]以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料，以镁锂合金为基体材料，其特征在于，以多孔高熵合金以及石墨烯量子点为增强相；所述多孔高熵合金为等摩尔比的CoCrFeNiAl多孔高熵合金，粒径50
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200μm，表面具有10
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30％的孔隙率、孔隙直径小于等于500nm、孔隙深度小于5μm；所述石墨烯量子点的直径小于等于100nm、片层厚度小于10nm；所述复合材料包含如下重量百分比的原材料：2
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10％的所述多孔高熵合金，0.5
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3％的所述石墨烯量子点，3
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8％的Al，5
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12％的Li，余量为Mg，以及总量小于0.02％的杂质元素。2.根据权利要求1所述的多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照原材料重量百分比计算原材料Mg、Li、Al、CoCrFeNiAl多孔高熵合金、石墨烯量子点的用量并配料；先将CoCrFeNiAl多孔高熵合金、石墨烯量子点与Al粉进行球磨，然后预压成块状物料；(2)熔炼Mg块及Li块，完全熔化后加入所述块状物料，继续熔炼，待熔炼完成后铸造成型得到多孔合金与量子点混掺增强金属基复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬，王开明，陈晓阳，李小平，卢雅琳，雷卫宁，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：