供稿人：黄胜；李涤尘 发布日期：2017-06-16
印度马德拉斯理工学院研究人员利用旋转摩擦焊接机实现12vol％的纳米晶CoCrFeNi高熵合金颗粒和铝镁合金AA5083基体组成的复合材料的增材制造。表明摩擦沉积法是一种可行的新型高性能复合材料增材制造技术。
高熵合金是由四个或更多个金属元素以等摩尔或近等摩尔比例组成的具有简单固溶体结构的多主元合金。现有理论认为高熵合金中存在高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应。这些效应，使它们具有较少的反应性和缓慢的扩散行为以及非常高的强度和硬度，故可以在摩擦沉积金属-金属复合材料中作为增强颗粒材料的选择。
采用机械合金化方法，将等摩尔配比的Co，Cr，Fe和Ni的纯元素粉末在高能球磨机中球磨15小时，形成尺寸为15±5μm的CoCrFeNi高熵合金粉末（晶粒尺寸在10nm左右）；在将其填充入φ20mm的铝镁合金AA5083耗材的孔洞（φ1mm）中，如图1所示。随后在旋转摩擦焊接机上进行摩擦沉积，其过程如图2所示，耗材以一定速度旋转，在基材上形成塑性沉积层，后将沉积层和耗材棒进行表面加工（表面加工后确保沉积层厚度约为1mm），以获得平整且无氧化皮的表面。按照上述步骤继续进行沉积，直到形成40mm的总沉积高度。
图1 铝镁合金AA5083耗材的孔洞分布
图2 复合材料摩擦沉积过程示意图
实验结果表明，利用摩擦沉积可以成功制备铝镁合金AA5083基体和纳米晶CoCrFeNi高熵合金颗粒组成的金属-金属复合材料，其层间界面没有任何物理不连续性或结合缺陷；纳米晶增强颗粒均匀分布于AA5083基体中，颗粒/基体界面没有脆性金属间化合物出现；与标准锻造加工合金AA5083-H112相比，该复合材料显示出显着更高的拉伸强度和抗压强度，与用陶瓷颗粒增强的常规铝基复合材料相比，具有更好的强度和延展性组合。说明摩擦沉积法是一种可行的新型高性能复合材料的增材制造技术。
图3 复合材料宏微观组织和拉伸性能