[發明專利]一種納米顆粒增強Al-Fe-Cr-Ti-Re耐熱鋁合金板材的制備方法

無效

• 申請號: 201210132243.1
• 申請日: 2012-05-02
• 公開（公告）號: CN102660716A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 沈軍;馮艾寒;吳靜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C22C1/04;B22F1/00;B22F3/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及一種鋁合金板材的制備方法。

背景技術

隨著航空、航天和軍事工業的發展，對輕質、高比強度、高比剛度耐熱鋁合金的需求日益增多，如坦克裝甲車輛發動機的活塞、缸套、連桿、箱體缸蓋，導彈殼體、尾翼、航空發動機汽缸、葉片、飛機蒙皮等。耐熱鋁合金在高溫下具有足夠的抗氧化性，在溫度和載荷(動態和靜態)的長時間作用下具有抗塑性變形(蠕變)和破壞能力的特點，同時導熱性好、密度低，它已成為極具潛力的航空、航天用輕質高溫結構材料。

使用傳統的強化機制如固溶強化、晶粒細化、彌散強化、加工硬化和晶須強化等對鋁合金性能進行改善后，拉伸斷裂強度的極限值為600MPa，且在150℃以上時，材料的性能急劇下降，從而限制了使用范圍。應用傳統鑄錠冶金法生產的鋁合金，由于凝固冷卻速度慢，合金元素在Al中的固溶度低，導致化學成分宏觀偏析及晶粒粗大等諸多弊端，不利于性能的改善和提高。

Al-Fe-Cr-Ti-Re合金(Re為稀土元素，例如La、Ce、Nd、Y等元素)屬于快速凝固耐熱鋁合金，含有的Fe、Cr、Ti及稀土元素Re在平衡條件下幾乎不固溶于Al，通過非平衡的凝固過程(冷卻速率大于10⁵～10⁶K/s)，可以生成大量結構穩定且不易粗化的亞穩準晶相，呈納米量級顆粒的形式均勻彌散地分布在鋁基體上，釘扎晶界、穩定亞微米量級晶粒。準晶是一種長程有序非周期結構的材料，其強度高、脆性大、熱穩定性好，作為彌散相使Al-Fe-Cr-Ti-Re合金具有良好的室溫、高溫強度和優異的耐熱性能，可以在150～350℃甚至更高的溫度范圍內穩定使用，可以作為飛機輪轂、火箭殼體、導彈尾翼、航空發動機葉片等耐熱部位的結構件使用。

Al-Fe-Cr-Ti-Re合金可以采用快速凝固、機械合金化、粉末冶金等技術制備。由于合金粉末的強度較高，熱應力較大，熱致密化困難，粉末冶金的各項工藝參數難以控制，目前，國內關于Al-Fe-Cr-Ti-Re合金制備方法，尚處于實驗室研究階段。制備大尺寸性能優異穩定的Al-Fe-Cr-Ti-Re合金及后續精密熱成形主要存在以下困難：(1)Al-Fe-Cr-Ti四元合金室溫塑性較差，可以通過添加適量稀土元素Re改善合金室溫塑性；(2)制備細小無成分偏析的Al-Fe-Cr-Ti-Re合金粉末；(3)使用適當的真空除氣工藝，破碎粉末表面氧化層；(4)快速凝固Al-Fe-Cr-Ti-Re合金熱變形抗力大、熱加工困難，其熱加工是集熱致密化、變形與相變于一體的復雜過程，在保持快速凝固組織優勢發揮的同時，需保證粉末結合狀態良好；(5)采用熱擠壓、軋制等方法制備大尺寸構件時，需選擇合理的成型方法、加工路線和工藝參數等。因此現有制備致密化成型大尺寸鋁合金板材的方法工藝復雜，成本高，且常存在缺陷，制備得到的Al-Fe-Cr-Ti-Re合金板材室溫及高溫力學性能差，在150～350℃范圍內無法使用。

發明內容

本發明目的是要解決現有制備致密化成型大尺寸鋁合金板材的方法工藝復雜，成本高，且常存在缺陷，制備得到的Al-Fe-Cr-Ti-Re合金板材室溫及高溫力學性能差的問題，而提供一種納米顆粒增強Al-Fe-Cr-Ti-Re耐熱鋁合金板材的制備方法。