[發明專利]一種原位鋁基復合材料超塑性預處理方法

有效

• 申請號: 201310563047.4
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103668013A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 趙玉濤;焦雷;張賽;王曉璐
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及鋁基復合材料加工領域，具體是一種實現原位鋁基復合材料超塑性的預處理方法。

背景技術

原位內生顆粒增強鋁基復合材料因界面純凈，結合強度高，性能優良，現已在交通、航空、航天等重要領域有所應用。但是，由于增強相的存在，導致原位復合材料塑性低，焊接性差，無法進行有效連接，難以制備復雜形狀的構件。研究發現，通過超塑性成形技術，可實現原位鋁基復合材料復雜構件的加工和生產，因此，實現原位鋁基復合材料超塑性的預處理方法成為研究的熱點。

超塑性是指在一定的溫度和應變速率下，可以獲得超過100%的延伸率的性能。超塑性成形技術，是利用材料的超塑性能，在其變形時，向軟糖一樣柔軟，流變應力極低，極易于一次性加工成形復雜構件。傳統獲取超塑性的預處理方法主要是通過擠壓、軋制塑性變形并配合復雜的熱處理工藝實現的，如：1、東北大學專利，公開號為：CN1150179，一種鋁鋰合金低溫超塑性預處理的方法；其采用冷、熱軋制均勻化及固溶熱處理工藝方法；2、中國電子科技集團公司第十四研究所專利，公開號為：CN100998997，供貨態鋁合金超塑擠壓成型的工藝方法，其采用擠壓與預熱處理方法；3、上海交通大學文獻資料，《SiC/LD2鋁基復合材料的超塑性》采用小擠壓后熱軋加冷軋制工藝。

以上這些傳統的超塑性預處理加工方法：工序復雜，成本較高，并且預處理過程中廢品率高，如：軋裂，擠彎或螺旋，熱處理不當等，此外，通過這些預處理后的材料超塑性能不高，塑性延伸率多在280%以下。本發明方法采用鍛造與攪拌摩擦加工技術(Friction?Stir?Processing，簡稱FSP)，該工藝是在攪拌摩擦焊(Friction?Stir?Welding，簡稱FSW)的基礎上發展而來的，其利用攪拌頭所造成加工區域材料的劇烈塑性變形、混合、破碎，實現原位復合材料基體與增強體組織細化、均勻化和致密化。攪拌摩擦技工技術（FSP）是1999年美國密蘇里大學的Mishra教授提出了該項技術，并制備了細晶鋁合金。Ma?Zongyi等分析認為，適合FSP的合金系有Al-Si-Mg(Cu)鑄造鋁合金、7xxx和2xxx系列高強鋁合金，通過打碎和重布粗大硅粒子可消除鑄造孔洞缺陷，細化基體晶粒、提高材料塑形。Su等用FSP方法將7075鋁合金的晶粒尺寸細化到了亞微米級(～250nm)。劉峰超等人通過FSP直接將鑄態7075鋁合金組織轉變成細小均勻的等軸晶。經檢索，截止目前FSP主要是對鎂合金、鋁合金對象進行修復、細晶等應用，鮮有用該方法預處理原位內生鋁基復合材料以獲得超塑性的報道。

發明內容

本發明的目的在于解決原位內生鋁基復合材料難以獲取超塑性的問題，提供一種實現鋁基復合材料超塑性的預處理方法，具體技術方案步驟如下：

（1）將塊體原位鋁基復合材料鑄錠進行鍛壓塑性變形，制備成一定厚度的原位鋁基復合材料板；

（2）將原位鋁基復合材料板線切割成規則形狀；

（3）對線切割后的板料進行攪拌摩擦加工處理；

（4）預處理完畢，進行高溫拉伸，實現超塑性。

本發明方法中預處理對象為原位鋁基復合材料，其增強顆粒體積分數為2%-25%。

上述方法步驟（1）中對原位鋁基復合材料鑄錠進行鍛壓處理的工藝參數為：鍛壓溫度300-350℃，鍛壓厚度至3-5mm。

步驟（3）攪拌摩擦加工處理的工藝參數如下：攪拌頭轉速：600～1000r/min；攪拌頭加工速度（前進速度）：40～70mm/min；攪拌頭的肩寬直徑：12mm；攪拌頭針長：3.7mm，攪拌針直徑：4mm；試驗下壓量為3.75mm；攪拌頭與垂直方面的傾角為2.5度；單面單道攪拌4～8道次。

預處理完畢，在350-550℃進行高溫拉伸均可實現超塑性。

本發明方法，通過攪拌摩擦加工工藝，細化原位鋁基復合材料基體組織晶粒，改善原位增強顆粒的微觀結構，如：增強顆粒大小、形貌和分布等；較好的實現了原位顆粒增強鋁基復合材料超塑性。其特點是：預處理后的鋁基復合材料顆粒細小均勻，接近納米級別；顆粒彌散分布，形貌圓潤。與傳統預處理工藝相比，無需熱處理工藝配合，一次加工即可實現原位復合材料超塑性性能，成功率高，進行高溫拉伸試驗，延伸率可達100%-00%左右甚至更高，此外，該方法操作簡單，成本低廉，是一種新型、高效的原位鋁基復合材料超塑性預處理方法。

具體實施方式

實施例1：

加工處理原位2%TiB₂/2024Al復合材料，具體實施方法：