供稿人:连伟波 鲁中良 发布日期：2017-09-22
摩擦沉积法作为一种新的金属-金属复合材料增材制造方法，通过强烈的金属塑性变形使两种材料混合并结合在一起形成一种微粒弥散增强复合材料。高熵合金是一种新型材料, 由多组分 (通常是四或更多的金属元素) 组成。根据研究表明, 高熵合金粉末拥有一些特殊性质: (1) 熵效应, (2) 缓慢扩散效应, (3) 严重晶格畸变效应, (4) 鸡尾酒效应。其固有的反应性和缓慢的扩散行为使其具有很高的强度和硬度, 在摩擦沉积金属-金属复合材料中作为增强材料的一种极好的选择。
印度理工学院马德拉斯分校冶金与材料工程学院G.M. Karthik团队出以铝镁合金AA5083基体和体积分数为12%纳米CoCrFeNi高熵合金粉末摩擦沉积制造高性能颗粒增强复合材料。由于惰性的高强度的合金增强颗粒，层接口或加固/基体界面形成一种无脆性的金属间化合物的。增强复合材料表现出显着较高的抗拉和抗压强度。
图1 摩擦沉积增材制造的原理图
该技术的原理是将预定的高熵合金粉末填充于镁铝合金棒料的孔内，图2为实验用的棒料，通过棒料与基板加压接触旋转过程（类似于摩擦焊）中，高熵合金粉末混合于基材中形成一种颗粒增强原理的复合材料。
图2 实验用的棒料
采用12v%的纳米CoCrFeNi高熵合金粉末增强颗粒，合金5083在抗拉和抗压强度实现大幅增长。复合材料的高强度来自于载荷传递和弥散硬化机制的组合。同时，金属增强材料保证了复合材料的足够延展性。图3为断面的二次电子(SE)像和背散射电子(BSE)像。
图3 断面的二次电子(SE)像和背散射电子(BSE)像 （白色箭头指示为高熵合金粉末增强颗粒，黄色箭头指示嵌入颗粒）