[發明專利]一種提高鋁合金抗高溫蠕變的改性方法

有效

• 申請號: 201911322051.5
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111136376B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 王江濤;謝利;周東帥;申明倩;盧雅琳;孫凌燕;李小平
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K35/02;B23P15/00;C21D10/00;C22F1/04
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 肖玲珊

本發明涉及一種提高鋁合金抗高溫蠕變的改性方法，通過在待焊區域的鋁合金板材上開槽并在槽內添加納米粉芯絲材，所述納米粉芯絲材具有殼?核結構，殼層為7075鋁合金擠壓型材，核芯包括重量被分數為ZrB₂ 20％、7075鋁合金50％、TiC 30％的納米粉芯，進行攪拌摩擦處理即可有效將納米顆粒添加至鋁合金的待焊區域中，并能提高材料的抗高溫蠕變性能；在攪拌摩擦處理后再通過激光沖擊強化的方法可使鋁合金攪拌摩擦待焊區域的蠕變性能更進一步提高；本發明方法不僅能有效提高鋁合金待焊區域的抗高溫蠕變性能，更是一種簡單有效、綠色環保的工藝，能夠適用于大小不同的各種場合，具有較強的使用價值。

技術領域

本發明涉及金屬改性技術領域，具體涉及一種提高鋁合金抗高溫蠕變的改性方法。

背景技術

7075鋁合金是一種超強的航空材料，其抗拉強度幾乎與鋼相等而密度卻只有鋼的1/3，不但在航空器制造中獲得了廣泛應用，還在其他裝備特別是交通運輸器械方面得到廣泛應用。對于其進行熱焊接時由于合金元素中鋁、鋅、鎂、銅等分子流動速度的不均勻性使其在高溫服役領域的大量應用中導致待焊區域的蠕變開裂或7075鋁合金板材產生裂紋，因此7075鋁合金的抗高溫蠕變性能的提高是亟待解決的問題。

目前，鋁合金的強化方式一般有以下4種，①固溶強化，將合金元素溶入到合金基體后，溶質原子將引起基體材料的晶格畸變，由于晶格畸變產生的局部應力場和應變場的相互作用，阻礙位錯的運動，從而提高材料的抗變形能力；②細晶強化，由于晶界上原子排列混亂，晶界兩側的晶粒存在較大的取向差，因此，晶界可以阻礙位錯從一個晶粒向另外一個晶粒運動，晶界強化的效果和晶粒尺寸大小有關，晶粒越細小，對位錯運動的阻礙作用越強烈，強化效果就越好；③形變強化，變形過程中，由于材料塑性變形的影響，材料內部缺陷(主要是位錯)的密度和分布發生變化，導致位錯密度的增加和位錯之間的相互纏結，位錯在運動過程中受到的阻力增大，材料的抗變形能力得到提高；④第二相強化，材料中彌散分布的第二相會對位錯起到釘扎作用，阻礙位錯的運動，從而增加材料的強度。第二相的強化機制主要有共格強化，化學強化，模量強化和奧羅萬強化。而強化效果受到第二相的尺寸、體積分數、第二相本身性質的影響。而材料的變形強化效果也受變形溫度、變形程度、變形速度和晶粒度等因素的影響。

但以上4種方法均只能提高材料的強度和抗變形能力，對于材料的抗高溫蠕變性能的提高還有待進一步解決。

另外，現有技術中添加納米顆粒的添加方式一直是棘手的問題，納米顆粒添加方式的不當其一不能達到增強鋁合金蠕變性能的要求，其二不僅會帶來一定的污染，甚至在焊接過程中具有納米尺度的納米顆粒物容易穿過人體細胞膜進入細胞(神經細胞、肝細胞等)內，損傷細胞膜以及干擾細胞內的生理活性，對人體造成一定的傷害。

發明內容

為了解決現有技術中納米顆粒的不當添加方式以及鋁合金材料在高溫服役下的蠕變開裂產生裂紋的技術問題，而提供一種提高鋁合金抗高溫蠕變的改性方法。本發明通過攪拌摩擦將納米粉芯絲材添加進鋁合金中同時改變粉芯絲材的添加方式，有效地將納米顆粒添加至鋁合金中，使得鋁合金的抗高溫蠕變性能大大提高，本發明方法簡單有效、綠色環保。

為了達到以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種提高鋁合金抗高溫蠕變的改性方法，包括如下步驟：

將需改性的鋁合金板材進行軋制、銑床加工，然后在需要焊接的區域進行切割開槽，所述槽滿足鋁合金板材強度需求并容納納米粉芯絲材，然后進行攪拌摩擦處理，即得到改性后的抗高溫蠕變鋁合金。開槽要做到既能保證鋁合金的強度需要，又能放入納米粉芯絲材，根據納米粉芯絲材的大小進行切割。

進一步地，所述改性方法在攪拌摩擦處理后還包括進行激光沖擊強化處理。

進一步地，所述納米粉芯絲材具有殼-核結構，所述殼-核結構的殼層為7075鋁合金擠壓型材，核芯為納米粉芯。