[发明专利]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

说明书

本发明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10‑30％的孔隙率、孔隙直径小于等于500nm、孔隙深度小于5μm；石墨烯量子点的直径小于等于100nm、片层厚度小于10nm。先将多孔高熵合金、石墨烯量子点与Al粉进行球磨，然后预压成块状物料；熔炼Mg块及Li块，完全熔化后加入块状物料，继续熔炼，然后铸造成型即可。通过以多孔高熵合金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基体材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，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。

背景技术

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。

镁锂合金一般含锂5-16wt％，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1.30-1.60g/cm³，比一般的工业镁合金低15-25％，比铍合金低25-30％，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。

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。

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。

发明内容

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。

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；

所述多孔高熵合金为等摩尔比的CoCrFeNiAl多孔高熵合金，粒径50-200μ m，表面具有10-30％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。

进一步地，所述复合材料包含如下重量百分比的原材料：2-10％的所述多孔高熵合金，0.5-3％的所述石墨烯量子点，3-8％的Al，5-12％的Li，余量为Mg，以及总量小于0.02％的杂质元素。

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：

(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。