● 摘要
超高强铝合金在航空航天领域具有广泛的应用。颗粒增强铝基复合材料是超高强铝合金发展趋势之一。高熵合金由于具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、高热阻、高电阻等，已成为在材料科学和凝聚态物理领域一个新的研究热点。由于高熵合金在具有高硬度的同时仍具有很好的塑性，本论文采用粉末冶金的方法，在传统2024铝合金粉末中添加FeNiCrCoAl3高熵合金增强颗粒，成功制备出性能优异的铝基复合材料。主要研究工作及结果如下：
系统研究了球磨工艺参数，如球磨时间、助磨剂、球磨转速粉末原料配比对球磨后粉末形貌和显微结构的影响。并烧结块体材料的组织和界面结构、力学性能及强化机制进行了分析。研究发现，随球磨时间增加，晶格畸变不断增大。球磨转速对粉末颗粒度影响较大，对于含40wt.%HEA的混合粉末，转速从230rpm增大至300rpm，颗粒尺寸从52μm减小至40μm，使得颗粒表观密度增加，而助磨剂含量对球磨颗粒尺寸并无明显影响。合金粉末的晶粒尺寸与球磨时间、原料配比，以及球磨转速呈反比。
经热挤出后，高熵合金颗粒增强2024铝合金块体材料中存在两种析出相： 第一类为q相和S相，主要分布在a-Al基体中；第二类为Al6Fe和Al3Fe相，形成原因是由于机械合金化过程中Al基体固溶了过饱和的Fe元素过饱，通过热挤压过程，Fe元素从铝基体中析出，形成了富铁相。块体材料存在三重结构：高熵颗粒、纳米晶区和粗晶a-Al区。显微硬度结果显示，球磨48h后，高熵合金颗粒的显微硬度最高可达到811， 纳米晶区的硬度可达到300，而a-Al基体的强度为180，块体材料的压缩强度可接近600MPa。
通过添加粗晶2024铝合金进一步提高了块体材料的力学性能。具有多重纳米结构NH-2024-HEA（30%CG）的合金压缩强度达到800MPa，同时断裂塑性可达到10%。研究了具有三重结构的块体材料微观结构与力学性能的关系，并提出了该种材料的结构模型。