一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，按照AlCoCrFeNi高熵合金各元素的摩尔原子比和质量分数计算各组分的质量，按量称取各组分粉末混合均匀后球磨制备AlCoCrFeNi高熵合金颗粒；按照复合材料中增强相颗粒的预制比例称取AlCoCrFeNi高熵合金颗粒备用；称取2219铝合金材料加热保温得到2219铝熔体；将AlCoCrFeNi高熵合金颗粒加入到2219铝熔体内；将预热的超声工具杆插入铝熔体内进行超声振动处理；施振结束后，取出超声工具杆，将熔体浇注至预热的方形不锈钢模具中，进行流动水冷却，初步获得2219铝基复合材料铸锭；将冷却后的复合材料铸锭放入均匀化炉内加热保温，进行均匀化退火处理，获得最终的2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料。
1.一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：按照AlCoCrFeNi高熵合金各元素的摩尔原子比和质量分数计算各组分的质量，按量称取各组分粉末混合均匀后球磨制备粒径15‑25μm的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒，所述AlCoCrFeNi高熵合金中，各元素摩尔比为Al：Co：Cr：Fe：Ni=0.5：1：1：1：1，混合后各组分质量分数为：Al：≤8%，Co：≥24%，Cr：≥20%，Fe：≥23%，Ni：≥23%，且总量为100%；
第二步：按照复合材料中增强相颗粒的预制比例称取AlCoCrFeNi高熵合金颗粒备用；
第三步：称取2219铝合金材料加热至720℃，保温0.5‑1.5h得到2219铝熔体，所述复合材料中增强相颗粒的预制比例为质量分数0.5%‑6%，余量取2219铝合金材料；
第四步：将AlCoCrFeNi高熵合金颗粒加入到2219铝熔体内；
第五步：将预热的超声工具杆插入铝熔体内进行超声振动处理；所述超声工具杆的预热温度范围为300‑450℃，超声工具杆的浸入深度为20‑30mm，谐振频率为19‑21kHz，功率为
1.5‑2.2kW，超声施振时间为3‑10min；
第六步：施振结束后，取出超声工具杆，将熔体浇注至预热450℃的方形不锈钢模具中，进行流动水冷却，初步获得2219铝基复合材料铸锭；
第七步：将冷却后的复合材料铸锭放入均匀化炉内加热至460℃，保温12‑15h，进行均匀化退火处理，获得最终的2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料。
2.根据权利要求1所述2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，其特征在于，所述第一步中，将称取的各组分粉末置入混粉机内混粉20‑24h，待各组分粉末混合均匀后将其放入球磨罐中，将球磨罐放入行星球磨机内，球料比为10:1，抽真空，充入氩气保护气，充入无水乙醇作为过程控制剂，球磨40‑60h，球磨转速600‑700r/min，制备得到所述AlCoCrFeNi高熵合金颗粒。
3.根据权利要求1所述2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，其特征在于，所述第二步中，将称取的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒放入300℃干燥炉内干燥2‑3h备用。
4.根据权利要求1所述2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，其特征在于，所述第三步中，将称取的2219铝合金材料其放入石墨坩埚中，将坩埚置入电阻炉内加热。
5.根据权利要求1所述2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，其特征在于，所述第四步中，先将2219铝熔体表面浮渣和氧化层除去，然后加入AlCoCrFeNi高熵合金颗粒，加入过程中进行机械搅拌，搅拌时间3‑5min，搅拌速率为300‑500r/min，搅拌结束后去除熔体表面浮渣。
6.根据权利要求1所述2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，其特征在于，所述第六步中，取出超声工具杆后，对熔体表面进行除渣处理。
一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于金属基复合材料铸造技术领域，特别涉及一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法。
背景技术
[0002] 2219铝合金具有低密度、良好的抗应力腐蚀性、低温稳定性以及优良的焊接性能，被广泛应用于具有节能要求的领域如航空航天、武器制造以及汽车和铁路运输等行业。但
由于铸造2XXX铝合金晶粒粗大、共晶组织团聚、强度低，限制了其在受力结构件中的广泛应
用。
[0003] AlCoCrFeNi高熵合金具有较高的强度、硬度以及耐高温氧化、耐腐蚀、抗高温蠕变等特点，是传统金属材料无法比拟的。将高熵合金颗粒作为增强相加入到2219铝合金中，有
利于改善基体合金的强度、硬度、弹性模量以及耐磨性等性能。并且AlCoCrFeNi颗粒与铝合
金之间形成金属‑金属型结合界面，结合处润湿性良好，利于复合材料的制备。但大量研究
表明，采用普通铸造方式制备铝基高熵合金复合材料时，AlCoCrFeNi高熵合金流动性差，在
铝合金中易发生团聚，不利于复合材料强度的提升。
发明内容
[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，有效利用超声外场在金属熔体内产生的空化效应提高异质颗
粒的润湿性，声流效应提高熔体对流促进原子均匀化扩散，改善AlCoCrFeNi高熵合金在铝
熔体内的分布及与铝基体的界面结合情况，最终制备出高性能的2219铝基高熵合金复合材
料。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种2219铝基高熵合金复合材料的超声辅助制备方法，包括如下步骤：
[0007] 第一步：按照AlCoCrFeNi高熵合金各元素的摩尔原子比和质量分数计算各组分的质量，按量称取各组分粉末混合均匀后球磨制备粒径15‑25μm的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒；
[0008] 第二步：按照复合材料中增强相颗粒的预制比例称取AlCoCrFeNi高熵合金颗粒备用；
[0009] 第三步：称取2219铝合金材料加热至720℃，保温0.5‑1.5h得到2219铝熔体；
[0010] 第四步：将AlCoCrFeNi高熵合金颗粒加入到2219铝熔体内；
[0011] 第五步：将预热的超声工具杆插入铝熔体内进行超声振动处理；
[0012] 第六步：施振结束后，取出超声工具杆，将熔体浇注至预热450℃的方形不锈钢模具中，进行流动水冷却，初步获得2219铝基复合材料铸锭；
[0013] 第七步：将冷却后的复合材料铸锭放入均匀化炉内加热至460℃，保温12‑15h，进行均匀化退火处理，获得最终的2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料。
[0014] 优选地，所述第一步中，AlCoCrFeNi高熵合金中，各元素摩尔比为Al：Co：Cr：Fe：Ni＝0.5：1：1：1：1，混合后各组分质量分数为：Al：≤8％，Co：≥24％，Cr：≥20％，Fe：≥23％，
Ni：≥23％，且总量为100％。
[0015] 优选地，所述第一步中，将称取的各组分粉末置入混粉机内混粉20‑24h，待各组分粉末混合均匀后将其放入球磨罐中，将球磨罐放入行星球磨机内，球料比为10:1，抽真空，
充入氩气保护气，充入无水乙醇作为过程控制剂，球磨40‑60h，球磨转速约600‑700r/min，
制备得到所述AlCoCrFeNi高熵合金颗粒。
[0016] 优选地，所述第二步复合材料中增强相颗粒的预制比例为质量分数0.5％‑6％，余量取2219铝合金材料。
[0017] 优选地，所述第二步中，将称取的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒放入300℃干燥炉内干燥2‑3h备用。
[0018] 优选地，所述第三步中，将称取的2219铝合金材料其放入石墨坩埚中，将坩埚置入电阻炉内加热。
[0019] 优选地，所述第四步中，先将2219铝熔体表面浮渣和氧化层除去，然后加入AlCoCrFeNi高熵合金颗粒，加入过程中进行机械搅拌，搅拌时间3‑5min，搅拌速率为300‑
500r/min，搅拌结束后去除熔体表面浮渣。
[0020] 优选地，所述第五步中，超声工具杆的预热温度范围为300‑450℃。
[0021] 优选地，所述第五步中，超声工具杆的浸入深度为20‑30mm，谐振频率为19‑21kHz，功率为1.5‑2.2kW，超声施振时间为3‑10min。
[0022] 优选地，所述第六步中，取出超声工具杆后，对熔体表面进行除渣处理。
[0023] 与现有技术相比，本发明采用超声辅助制备技术，适用于2XXX铝合金及2XXX铝合金基复合材料的制备。利用本发明制备的2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料比传统铸
造方式制备的铝基高熵合金复合材料增强相分布更加均匀，在本专利增强相预制比内，未
出现明显的颗粒团聚现象；气孔、疏松等铸造缺陷明显减少；材料具有较高的强度和硬度，
其中强度提高了60‑80％，维氏硬度提高25‑45％，该复合材料在汽车、铁路运输、航空航天
等行业具有较大的工业应用前景。另外，本发明采用的铸造设备与超声振动装置成本低，制
备过程简单，制备周期短，能源消耗较小，在实验室研究及工业生产制造方面适应性较高。
附图说明
[0024] 图1是本发明2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料的超声辅助制备流程图。其中(a)为机械搅拌过程，(b)为超声施振过程。
[0025] 图2是本发明高熵合金增强相质量分数为1.5％的2219铝基AlCoCrFeNi复合材料微观组织，其中(a)为低倍形貌，(b)为高熵合金颗粒与基体界面结构。
[0026] 图3是本发明实施例均匀化退火后1.5％AlCoCrFeNi复合材料与2219铝合金铸锭的拉伸应力‑应变曲线。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0028] 本发明目的是制备2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料，该材料为金属基复合材料。其原理是：通过超声空化泡溃灭产生的高能冲击波以及高速微射流提高AlCoCrFeNi
高熵合金颗粒与熔体原子接触的润湿性，促进铝合金熔体原子渗透到高熵合金颗粒表面并
产生边界吸附层，从而一方面促进熔体结晶时在高熵合金颗粒处优先形核，另一方面改善
高熵合金颗粒与熔体结合界面结构，减少气泡、疏松等缺陷的产生，提高界面结合强度。并
且超声外场的引入可改善熔体内的自然对流模式，在熔体内产生局部强对流，加速熔体流
动和传热传质过程，促进AlCoCrFeNi高熵合金颗粒在铝熔体内的分散，减少增强相的局部
团聚现象，从而制备出成分均匀的高强铝基AlCoCrFeNi复合材料。
[0029] 本发明制备方法的具体步骤可参考图1中(a)和(b)，包括：
[0030] 第一步：按照AlCoCrFeNi高熵合金各元素的摩尔原子比和质量分数计算各组分的质量，按量称取各组分粉末，置入混粉机内混粉20‑24h，待各组分粉末混合均匀后将其放入
球磨罐中，将球磨罐放入行星球磨机内，球料比为10:1。抽真空，充入氩气保护气，充入无水
乙醇作为过程控制剂，球磨40‑60h，球磨转速约600‑700r/min，制备粒径15‑25μm的
AlCoCrFeNi高熵合金颗粒1。
[0031] 第二步：按照复合材料中增强相颗粒的预制比例称取质量分数为0.5％‑6％的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒1，放入300℃干燥炉内干燥2‑3h备用。
[0032] 第三步：称取一定量的2219铝合金材料，将其放入石墨坩埚4中，将坩埚置入电阻炉3内加热至720℃，到温后保温0.5‑1.5h，得到2219铝合金熔体5。
[0033] 第四步：除去熔体表面浮渣和氧化层，将干燥的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒加入到2219铝熔体内，加入过程中利用机械搅拌装置2进行机械搅拌，搅拌时间3‑5min，搅拌速率
为300‑500r/min，搅拌结束后去除熔体表面浮渣。
[0034] 第五步：将预热的超声振动装置6(例如超声工具杆)插入铝熔体内进行超声振动处理，超声振动装置6接超声电源7，其浸入深度为20‑30mm，谐振频率为19‑21kHz，功率为
1.5‑2.2kW，超声施振时间为3‑10min。
[0035] 第六步：施振结束后，取出超声振动装置6，对熔体表面进行除渣处理。
[0036] 第七步：将熔体浇注至预热450℃的方形不锈钢模具中，进行流动水冷却，初步获得2219铝基复合材料铸锭。
[0037] 第八步：将冷却后的复合材料铸锭放入均匀化炉内加热至460℃，保温12‑15h，进行均匀化退火处理，获得最终的2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料。
[0038] 在本发明的一个具体实施例中，称取AlCoCrFeNi高熵合金各组分粉末，其中Al：3g，Co：12.5g，Cr：11.5g，Fe：11.5g，Ni：11.5g，粉末总质量50g，置于混粉机内混粉时间20h，
球磨60h，球磨转速约600r/min，得到的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒称取30g，300℃干燥3h备
用。2219铝合金材料称取2kg，加热至720℃并保温0.5h。机械搅拌时间5min，速率500r/min，
超声工具杆预热至300℃，浸入深度为20mm，谐振频率为21kHz，功率为1.7kW，超声施振时间
为4min。
[0039] 本实施例制备得到了质量分数为1.5％的2219铝基AlCoCrFeNi高熵合金复合材料，参考图2中(a)和(b)，可发现其微观组织中高熵合金增强相颗粒均匀，在铝基体内弥散
分布。参考图3，则可以发现经均匀化退火后，高熵合金复合材料的抗拉强度比2219铝合金
铸锭提高91MPa，增长率高达72.8％。
