本发明属于高性能金属材料制造技术领域，特别是涉及一种电磁搅拌铸造制备高熵合金颗粒强化铝基复合材料的方法。
背景技术：
铝基复合材料以其低密度、较高的机械强度和抗疲劳强度、良好的耐热性能、抗腐蚀性能，以及良好的尺寸稳定性，近年来得到快速发展，这类材料在航空航天、轨道交通、水路运输、电子电器等领域有巨大的应用前景。铝基复合材料的性能一般由增强物与基体的界面结合状态、基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等决定，常见的增强颗粒材料有sic、al2o3、bn等，金属间化合物如ni-al，fe-al和ti-al也被用工作增强颗粒。高熵合金是近年来发展的一种新型高性能金属材料，具有较高的强度、良好的耐热性和耐腐蚀性能。高熵合金的金属本质显示其作为强化体对铝基体的塑性影响较小。目前制备铝基复合材料常见的方法包括粉末冶金法、粉末挤压法和液态合成法，杨少锋和朱德智公开了一种高熵合金颗粒强化铝基复合材料的粉末合成工艺，但这类方法在制备大尺寸块状有一定的限制；在这方面，液态合成法具有较大的优势，但采用此法需要解决高熵合金颗粒自身团聚的问题，朱德智公开了一种铝基高熵合金复合材料的搅拌铸造制备工艺，但该法采用机械搅拌直接破坏铝液表面氧化膜，严重影响所制备材料的冶金品质。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电磁搅拌铸造制备高熵合金颗粒强化铝基复合材料的方法，以解决了现有的问题：杨少锋和朱德智公开了一种高熵合金颗粒强化铝基复合材料的粉末合成工艺，但这类方法在制备大尺寸块状有一定的限制；在这方面，液态合成法具有较大的优势，但采用此法需要解决高熵合金颗粒自身团聚的问题，朱德智公开了一种铝基高熵合金复合材料的搅拌铸造制备工艺，但该法采用机械搅拌直接破坏铝液表面氧化膜，严重影响所制备材料的冶金品质。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种电磁搅拌铸造制备高熵合金颗粒强化铝基复合材料的方法，包括备料、烘模、装料、炉料熔化、铝液精炼、添加高熵合金颗粒、浇铸和脱模，所述备料包括以下步骤：
步骤一：准备块状铝锭和中间合金锭；
步骤二：清洁块状铝锭和中间合金锭，去除氧化层并烘干；
步骤三：将烘干后的原材料切割成小块，并使用电子天平称重后备用；
步骤四：准备高熵合金粉末，高熵合金粉末的成分为al1.5crconife；
步骤五：将高熵合金粉末充分烘干后称重备用。
进一步地，所述烘模包括以下步骤：
步骤一：将电磁铸模烘烤至200至350℃后备用。
进一步地，所述装料包括以下步骤：
步骤一：将低熔点原料先加入到感应加热熔炼炉底部；
步骤二：将高熔点炉料置于熔炉上层；
步骤三：待熔炉内的炉料全部融化后将原材料中的镁锭加入到熔炉内。
进一步地，所述炉料熔化包括以下步骤：
步骤一：启动加热功能，利用感应加热装置加热至合金完全熔化后充分搅拌熔体；
步骤二：将温度加热到750至780℃范围内，并保温20分钟至30分钟；
步骤三：然后取样进行炉料成分检测，根据检测结果适当调整合金成分。
进一步地，所述铝液精炼包括以下步骤：
步骤一：准备高纯度氩气，氩气纯度为99.9％；
步骤二：通过导管将氩气和精炼剂喷吹到铝液中实现净化；
步骤三：调节导气管流量，确保气泡上浮引起的液面波动不大于30mm，并喷吹10分钟至20分钟；
步骤四：然后静置10分钟至20分钟后，扒去表面浮渣。
进一步地，所述添加高熵合金颗粒包括以下步骤：
步骤一：将备好的高熵合金颗粒可以加入到熔体中；
步骤二：启动炉底电磁搅拌，使高熵合金可以在熔体中分布均匀，电磁炉中电流为30a至60a，磁场频率为5hz至100hz。
进一步地，所述浇铸包括以下步骤：
步骤一：将富含高熵合金颗粒的冶金熔体在温度为730℃至760℃，并保温30分钟；
步骤二：关闭加热电源，启动铸模电磁搅拌，将合金熔体浇铸到电磁铸模中，电磁搅拌保持开启一直持续到熔体完全凝固，铸模电磁电流为5a至50a，磁场频率为5hz至60hz。
进一步地，所述脱模包括以下步骤：
步骤一：待熔体完全凝固，关闭电磁搅拌；
步骤二：待锭坯空冷至室温后将成形铸锭从铸模中取出，从而得到合金铸锭。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过电磁场对铸模中的铝合金熔体进行搅拌，电磁场属于非接触式的外能能场，可有效的细化晶粒、改善强化粒子在材料中分布的均匀性。
2、本发明采用传统液态凝固成形制备得到，其制备工艺流程简单，能够制备较大规格的高品质铸坯，具有良好的应用前景。
3、本发明制备所得的合金材料，晶粒细小、强化颗粒分布均匀，具有潜在的良好塑性加工性能，结合相应的形变和热处理工艺，可制备高强度轻质铝合金材料，具有良好的应用前景。
4、本发明通过在铝基高熵合金复合材料的凝固过程中引入非接触式磁场扰动的方法来调控高熵合金粒子分布的均匀性，以提高该类材料的铸坯质量。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种电磁搅拌铸造制备高熵合金颗粒强化铝基复合材料的方法，包括备料、烘模、装料、炉料熔化、铝液精炼、添加高熵合金颗粒、浇铸和脱模，备料包括以下步骤：
步骤一：准备块状铝锭和中间合金锭；
步骤二：清洁块状铝锭和中间合金锭，去除氧化层并烘干；
步骤三：将烘干后的原材料切割成小块，并使用电子天平称重后备用；
步骤四：准备高熵合金粉末，高熵合金粉末的成分为al1.5crconife；
步骤五：将高熵合金粉末充分烘干后称重备用。
烘模包括以下步骤：
步骤一：将电磁铸模烘烤至200至350℃后备用。
装料包括以下步骤：
步骤一：将低熔点原料先加入到感应加热熔炼炉底部；
步骤二：将高熔点炉料置于熔炉上层；
步骤三：待熔炉内的炉料全部融化后将原材料中的镁锭加入到熔炉内，可以减小镁锭的烧损。
炉料熔化包括以下步骤：
步骤一：启动加热功能，利用感应加热装置加热至合金完全熔化后充分搅拌熔体；
步骤二：将温度加热到750至780℃范围内，并保温20分钟至30分钟；
步骤三：然后取样进行炉料成分检测，根据检测结果适当调整合金成分。
铝液精炼包括以下步骤：
步骤一：准备高纯度氩气，氩气纯度为99.9％；
步骤二：通过导管将氩气和精炼剂喷吹到铝液中实现净化；
步骤三：调节导气管流量，确保气泡上浮引起的液面波动不大于30mm，并喷吹10分钟至20分钟；
步骤四：然后静置10分钟至20分钟后，扒去表面浮渣。
添加高熵合金颗粒包括以下步骤：
步骤一：将备好的高熵合金颗粒可以加入到熔体中；
步骤二：启动炉底电磁搅拌，使高熵合金可以在熔体中分布均匀，电磁炉中电流为30a至60a，磁场频率为5hz至100hz。
浇铸包括以下步骤：
步骤一：将富含高熵合金颗粒的冶金熔体在温度为730℃至760℃，并保温30分钟；
步骤二：关闭加热电源，启动铸模电磁搅拌，将合金熔体浇铸到电磁铸模中，电磁搅拌保持开启一直持续到熔体完全凝固，铸模电磁电流为5a至50a，磁场频率为5hz至60hz。
脱模包括以下步骤：
步骤一：待熔体完全凝固，关闭电磁搅拌；
步骤二：待锭坯空冷至室温后将成形铸锭从铸模中取出，从而得到合金铸锭。
本实施例的一个具体应用为：准备块状铝和铝合金，清洁块状铝和铝合金的表面，去除氧化层并烘干，将烘干后的原材料切割成小块，并使用电子天平称重后备用，准备高熵合金粉末，高熵合金粉末的成分为al1.5crconife，将高熵合金粉末充分烘干后称重备用，将电磁铸模烘烤至200至350℃后备用，将低熔点原料先加入到感应加热熔炼炉底部，将高熔点炉料置于熔炉上层，待熔炉内的炉料全部融化后将原材料中的镁锭放入到熔炉内，启动加热功能，利用感应加热装置加热至合金完全熔化后充分搅拌熔体，将温度加热到750至780℃范围内，并保温20分钟至30分钟，然后取样进行炉料成分检测，根据检测结果适当调整合金成分，准备高纯度氩气，氩气纯度为99.9％，通过导管将氩气和精炼剂喷吹到铝液中实现净化，调节导气管流量，确保气泡上浮引起的液面波动不大于30mm，并喷吹10分钟至20分钟，然后静置10分钟至20分钟后，扒去表面浮渣，将备好的高熵合金颗粒可以加入到熔体中，启动炉底电磁搅拌，使高熵合金可以在熔体中分布均匀，电磁炉中电流为30a至60a，磁场频率为5hz至100hz，将富含高熵合金颗粒的冶金熔体在温度为730℃至760℃，并保温30分钟，关闭加热电源，启动铸模电磁搅拌，将合金熔体浇铸到电磁铸模中，电磁搅拌保持开启一直持续到熔体完全凝固，铸模电磁电流为5a至50a，磁场频率为5hz至60hz，待熔体完全凝固，关闭电磁搅拌，待锭坯空冷至室温后将成形铸锭从铸模中取出，从而得到合金铸锭。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。