[發(fā)明專利]一種提高鋁合金抗高溫蠕變的改性方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911322051.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN111136376B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王江濤;謝利;周東帥;申明倩;盧雅琳;孫凌燕;李小平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12;B23K35/02;B23P15/00;C21D10/00;C22F1/04
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 肖玲珊

本發(fā)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(qū)域的鋁合金板材上開槽并在槽內(nèi)添加納米粉芯絲材，所述納米粉芯絲材具有殼?核結(jié)構(gòu)，殼層為7075鋁合金擠壓型材，核芯包括重量被分?jǐn)?shù)為ZrB₂ 20％、7075鋁合金50％、TiC 30％的納米粉芯，進(jìn)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(qū)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(qiáng)化的方法可使鋁合金攪拌摩擦待焊區(qū)域的蠕變性能更進(jìn)一步提高；本發(fā)明方法不僅能有效提高鋁合金待焊區(qū)域的抗高溫蠕變性能，更是一種簡(jiǎn)單有效、綠色環(huán)保的工藝，能夠適用于大小不同的各種場(chǎng)合，具有較強(qiáng)的使用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬改性技術(shù)領(lǐng)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(shù)

7075鋁合金是一種超強(qiáng)的航空材料，其抗拉強(qiáng)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(yīng)用，還在其他裝備特別是交通運(yùn)輸器械方面得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于其進(jìn)行熱焊接時(shí)由于合金元素中鋁、鋅、鎂、銅等分子流動(dòng)速度的不均勻性使其在高溫服役領(lǐng)域的大量應(yīng)用中導(dǎo)致待焊區(qū)域的蠕變開裂或7075鋁合金板材產(chǎn)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(qiáng)化方式一般有以下4種，①固溶強(qiáng)化，將合金元素溶入到合金基體后，溶質(zhì)原子將引起基體材料的晶格畸變，由于晶格畸變產(chǎn)生的局部應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的相互作用，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高材料的抗變形能力；②細(xì)晶強(qiáng)化，由于晶界上原子排列混亂，晶界兩側(cè)的晶粒存在較大的取向差，因此，晶界可以阻礙位錯(cuò)從一個(gè)晶粒向另外一個(gè)晶粒運(yùn)動(dòng)，晶界強(qiáng)化的效果和晶粒尺寸大小有關(guān)，晶粒越細(xì)小，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用越強(qiáng)烈，強(qiáng)化效果就越好；③形變強(qiáng)化，變形過程中，由于材料塑性變形的影響，材料內(nèi)部缺陷(主要是位錯(cuò))的密度和分布發(fā)生變化，導(dǎo)致位錯(cuò)密度的增加和位錯(cuò)之間的相互纏結(jié)，位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)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(qiáng)化，材料中彌散分布的第二相會(huì)對(duì)位錯(cuò)起到釘扎作用，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而增加材料的強(qiáng)度。第二相的強(qiáng)化機(jī)制主要有共格強(qiáng)化，化學(xué)強(qiáng)化，模量強(qiáng)化和奧羅萬強(qiáng)化。而強(qiáng)化效果受到第二相的尺寸、體積分?jǐn)?shù)、第二相本身性質(zhì)的影響。而材料的變形強(qiáng)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(qiáng)度和抗變形能力，對(duì)于材料的抗高溫蠕變性能的提高還有待進(jìn)一步解決。

另外，現(xiàn)有技術(shù)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(dāng)其一不能達(dá)到增強(qiáng)鋁合金蠕變性能的要求，其二不僅會(huì)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(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞(神經(jīng)細(xì)胞、肝細(xì)胞等)內(nèi)，損傷細(xì)胞膜以及干擾細(xì)胞內(nèi)的生理活性，對(duì)人體造成一定的傷害。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中納米顆粒的不當(dāng)添加方式以及鋁合金材料在高溫服役下的蠕變開裂產(chǎn)生裂紋的技術(shù)問題，而提供一種提高鋁合金抗高溫蠕變的改性方法。本發(fā)明通過攪拌摩擦將納米粉芯絲材添加進(jìn)鋁合金中同時(shí)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(fā)明方法簡(jiǎn)單有效、綠色環(huán)保。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

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(jìn)行軋制、銑床加工，然后在需要焊接的區(qū)域進(jìn)行切割開槽，所述槽滿足鋁合金板材強(qiáng)度需求并容納納米粉芯絲材，然后進(jìn)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(qiáng)度需要，又能放入納米粉芯絲材，根據(jù)納米粉芯絲材的大小進(jìn)行切割。

進(jìn)一步地，所述改性方法在攪拌摩擦處理后還包括進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理。

進(jìn)一步地，所述納米粉芯絲材具有殼-核結(jié)構(gòu)，所述殼-核結(jié)構(gòu)的殼層為7075鋁合金擠壓型材，核芯為納米粉芯。