[發明專利]一種具有超高強度和可控塑性的鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210435848.8
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102978447A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 闞東;王建強;楊柏俊;孫文海;常新春;侯萬良
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22F1/04;B22D18/06
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及復合材料的制備方法，特別提供一種具有超高強度和可控塑性的鋁基復合材料的制備方法。

背景技術

由于資源的不可再生會給人類社會帶來災難，所以人們對一些特殊領域的材料如航空、航天等提出了性價比高、高強輕質化等要求，目前航天飛機、航空戰斗機等的機身材料都是以鈦合金、有機復合材料為基礎，材料質量較大導致燃料消耗較多，因此，近年來主要工業發達國家正在向以高強輕質材料為中心進行工業轉型。

與傳統的鋁合金相比，鋁基復合材料具有超高的強度、良好的塑性以及優異的耐腐蝕性能，目前，限制其主要應用的是其可加工性，即塑性，無法滿足實際工程應用的需要。在實用鋁基復合材料體系中，國內外仍未發現具有1500MPa以上的強度同時具有20%以上塑性的合金體系，所以，同時解決其強度和塑性的問題一直備受關注并具有一定挑戰性。塊體鋁基非晶具有超高強度>1100MPa，但塑性僅有2%，要解決此問題，復合材料的研究勢在必行。2003年，德國科學家J.Eckert首次報道了Ti基金屬玻璃的復合材料可以提高塑性并保持強度，這一觀念的提出突破了以往人們研究僅僅停留在具有高強度的非晶合金上，之后，美國著名科學家W.L.Johnson在Pt基金屬玻璃中發現了同樣可以提高塑性并保持強度的組織，使復合材料的研究進入白熱化。值得注意的是，這些具有高強度大塑性的材料多半由非晶合金轉變而來，隨著2009年本組研究的鋁基非晶（專利授權號zl200910010727.7）的問世，其復合材料的力學性能研究是當前鋁基復合材料發展的重要內容之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超高強度和可控塑性的鋁基復合材料的制備方法，該方法突破了以往鋁基復合材料高強度和大塑性不能共存的問題，制備出的鋁基復合材料具有1500MPa以上的斷裂強度，并且其塑性可達到21%，已超過目前高強鋼材的水平，同時具有良好的高溫穩定性。它的出現為發展高性價比、高強輕質材料提供了一條新的途徑，使超高強度鋁基復合材料作為結構材料的應用成為可能。

本發明具體提供了一種具有超高強度和可控塑性的鋁基復合材料的制備方法，所述復合材料的具體成分為原子百分比為：

Ni：????5.5~7

Co：????1~2

Y：?????4~5

La：????1~2

Al：????余量；

其特征在于，所述復合材料采用等溫退火方法制備，具體工藝參數為：退火溫度380℃，退火時間0~120min，氬氣氣氛。

本發明所述的超高強度和可控塑性鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：采用真空熔體急冷銅模澆鑄法制備出鋁基非晶合金樣品，真空熔體急冷銅模澆鑄，具體工藝參數為：真空度不低于1.0×10^-5mbar，氬氣保護壓力100~300mbar，澆鑄溫度1100~1300℃，保溫時間30~90s，噴吹壓力差600~800mbar。

本發明所述的超高強度和可控塑性鋁基復合材料，其組成元素的純度分別為：Al、Ni、Co>99.9%，La、Y>99%。

本發明所述的超高強度和可控塑性鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：所述等溫退火為DSC等溫退火，該退火方式能十分精確的控制溫度，并可檢測退火的狀態曲線。

本發明所述超高強度和可控塑性的鋁基復合材料的制備方法，其具體工藝步驟為：首先采用電弧爐熔煉成母合金，熔煉次數大于5次；之后采用感應爐進行重熔并進行銅模澆鑄，隨后進行等溫退火。隨著退火時間不同得到不同塑性并保持超高強度。澆鑄的工藝參數為：抽真空，真空度不低于1.0×10^-5mbar，再通入氬氣保護，壓力為100~300mbar，澆鑄溫度1100~1300℃，保溫時間30~90s，噴吹壓力差為600~800mbar。等溫退火的工藝參數為：退火溫度為380℃，退火時間0~120min，氬氣氣氛。

本發明提供的超高強度和可控塑性的鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：所述退火時間決定復合材料的強度和塑性，在退火時間為60min時，出現最大塑性為21%，同時復合材料的強度為1500MPa。

采用本發明提供的制備方法能夠制備出超高強度和可控塑性的鋁基復合材料，其組織特征為納米Al為基體夾雜金屬間化合物的復合結構特征，所得復合材料具有以下優點：

1、合金成本非常低。

2、超高斷裂強度，可達1500MPa以上。

3、超大塑性并可控，最大塑性為21%。

附圖說明