[發明專利]一種原位反應制備鋁基復合材料的方法

無效

• 申請號: 201210209926.2
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102717182A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 陳科;田勝;張瀾庭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種原位反應制備鋁基復合材料的方法，尤其涉及一種鋁基復合材料的攪拌摩擦加工新方法，屬于金屬復合材料制備技術領域。

背景技術

金屬基復合材料由于其所具有的高比模量，高比強度，良好的高溫性能，更耐磨損，更耐疲勞，各向同性，以及制備成本低等特點而廣泛應用于航空航天，汽車制造，武器裝備等領域。這其中，鋁基復合材料由于其質量小，密度低，可塑性強，易于加工等優勢而成為金屬基復合材料中最受關注，發展也最為迅速的材料之一。

當前鋁基復合材料的制備方法主要分為兩大類：一、纖維增強鋁基復合材料的制備方法；二、顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。方法一的應用范圍只限于幾種特殊領域，如航空航天領域；方法二的應用范圍相當廣泛，其具有制備工藝簡單、增強體成本低廉等優點，實現工業化大批量生產的潛力更大。方法二包括液態金屬浸滲、彌散混合工藝、原位反應復合工藝、粉末冶金、噴射沉積工藝等。原位反應制備金屬基復合材料是一種通過制備過程中的化學反應在金屬基體中直接生成增強相的方法。

根據對現有技術的檢索，江蘇大學提供了一種跨尺度原位顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，見中國專利文獻號CN201110287163，該方法將AI-Si合金熔化，按復合材料中不同尺度增強顆粒體積分數的配比要求，加入10～25wt％的SiO₂進行熔化，升溫到800~850°C，保溫精煉，隨后進行超聲作用，邊超聲處理邊加入1～2wt％的鈦粉和0.3～0.5wt％稀土。其工藝復雜，對設備要求較高。

傳統原位反應制備金屬基復合材料的方法工藝復雜，成本較高，制備而成的材料增強相粗化、團聚嚴重，并且和基體相容性差，粘結力小。

攪拌摩擦加工(Friction?stir?processing,FSP)是從攪拌摩擦焊接(FSW)技術發展而來，隨著近年來的發展，國內外的研究人員利用攪拌摩擦加工，在金屬材料的表面改性，超細晶材料的制備，超塑性材料的制備等領域都取得了突破性的進展。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種利用原位反應，通過攪拌摩擦加工工藝制備鋁基復合材料的新型工藝。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種利用原位反應，通過攪拌摩擦加工工藝制備鋁基復合材料的新型工藝。

為實現上述目的，本發明提供了一種原位反應制備鋁基復合材料的加工方法，將攪拌摩擦加工工藝和原位反應法結合起來制備鋁基復合材料的新方法。

本發明提出的方法及工藝如下：在待加工鋁材表面開至少一道槽，形成加工區域；將待加工鋁材置于攪拌摩擦加工機床上，并用夾具固定；將待與基體原位反應生成增強體的填料填入槽內壓實，并與鋁材表面平齊；利用與所述的加工區域大小匹配的攪拌頭，對鋁材進行多次攪拌摩擦加工處理，得到鋁基復合材料。

在本發明的較佳實施方式中，所述的待加工鋁材為1060-H24純鋁板，厚度為2.7mm，在加工前經過清洗和打磨，去除雜質和氧化層。

所述的填料為純鈦粉，平均顆粒度約為30μm。

所述的攪拌摩擦加工處理過程中，攪拌頭前進速度為50mm/min，攪拌頭旋轉速度為1500rpm。

所述的對鋁材上所開的每道槽進行多次攪拌摩擦焊接處理為至少4道次。

采用本發明制備的鋁基復合材料，有效地降低了原位生成增強相的尺寸，提高了原位生成增強相的彌散程度，從而有效提高其力學性能。利用上述技術方案，即攪拌摩擦加工工藝原位反應制備鋁基復合材料相比于傳統的方法，優勢在于：1.組織致密、晶粒細化、缺陷少、殘余應力小、材料尺寸穩定性好；2.無需復雜的預處理，加工速度快、效率高；3.低成本，質量高而且節能環保；4.增強體尺寸小、彌散程度好，和基體的界面更加平整，具有更強的粘結力且相容性更好。

以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發明的一個較佳實施例的利用攪拌摩擦加工工藝原位反應制備鋁基復合材料的透視圖。

圖2是FSP前鋁材的剖視圖。

圖3是FSP后鋁基復合材料的剖視圖。

圖4是本發明的一個較佳實施例的鋁基復合材料基體中納米級增強相Al3Ti粒子的SEM照片。

圖5是本發明的一個較佳實施例的鋁基復合材料基體中納米級增強相Al3Ti粒子的TEM照片。

具體實施方式