[發(fā)明專利]一種硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010344791.5
• 申請(qǐng)日: 2020-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN111471989B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王群;劉宸宇;饒宇琴;張應(yīng)鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/04
• 分類號(hào): C23C24/04;C21D9/08;C22F1/04;C22F1/02;B23P15/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng);聶午陽(yáng)

本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金管，包括純鋁/防銹鋁合金管A、冷噴涂沉積的硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金層、噴射沉積制備的硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金沉積層和純鋁/防銹鋁合金涂層，所述純鋁/防銹鋁合金管A外表面由內(nèi)至外依次為所述冷噴涂沉積的硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金層、所述噴射沉積制備的硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金沉積層和所述純鋁/防銹鋁合金涂層，本發(fā)明還公開了其制備方法。冷噴涂硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金層可顯著增加層間結(jié)合強(qiáng)度，再沉積硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金層，然后再冷噴涂純鋁/防銹鋁合金涂層，使旋壓過(guò)程中能發(fā)生同步塑性變形，層間結(jié)合強(qiáng)度高，旋壓的過(guò)程中不易開裂，強(qiáng)度高、耐腐蝕好，實(shí)現(xiàn)全包覆。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有色金屬材料加工領(lǐng)域，尤其涉及一種硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金管及其制備方法。

背景技術(shù)

硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金具有熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性能良好以及表面耐磨性好、比強(qiáng)度高和比模量高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天和軌道交通以及微電子行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于硬質(zhì)顆粒與鋁合金間的存在密度差，特別是鋁合金熔體在攪拌時(shí)較容易氧化，所以，采用攪拌鑄造的工藝難以制備合格的顆粒增強(qiáng)鋁合金管件；采用粉末冶金的方法能較好地解決鋁合金粉末和硬質(zhì)顆粒間的混合均勻性問(wèn)題，但是，粉末冶金不適合制備薄壁，且長(zhǎng)度較長(zhǎng)的硬質(zhì)顆粒與鋁合金管件制造。

噴射沉積技術(shù)是一種采用快速凝固方法直接制備金屬錠坯或者半成品的先進(jìn)成形技術(shù)，可以生成過(guò)飽和固溶體，而析出的金屬間化合物則較少，所以，可以用于添加陶瓷或更多合金元素制備出高強(qiáng)的鋁合金，并且，很容易將鋁合金熔體噴射沉積到一定直徑的管子上或芯棒上，來(lái)制備所設(shè)置厚度和長(zhǎng)度的管。但噴射沉積制備的材料不可避免地存在孔隙，需要經(jīng)過(guò)致密化處理。申請(qǐng)?zhí)枮?01810967017.2的專利將噴射沉積耐熱鋁合金采用反擠壓和旋壓的方法來(lái)致密化，但該方法對(duì)塑性更差的顆粒增強(qiáng)鋁合金不適用。申請(qǐng)?zhí)柗謩e為201910139777.9和201710947644.5的專利都提出了將噴射沉積鋁合金坯體放入純鋁/防銹鋁合金容器，再在純鋁/防銹鋁合金套與噴射沉積鋁合金坯體填滿硬質(zhì)顆粒后，再進(jìn)行致密化。但是，在進(jìn)行致密化壓制時(shí)，硬質(zhì)顆粒存在變形不一致的現(xiàn)象，只能致密化實(shí)體材料，而不能致密化空心的管材。另外，由于硬質(zhì)顆粒的阻隔，這種純鋁包套致密化方法中的純鋁只是起到臨時(shí)的容器作用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與噴射沉積鋁合金復(fù)合焊合，從而也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)噴射沉積獲得的顆粒增強(qiáng)鋁合金管材的包覆。另外，雖然硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度高，但抗腐蝕性能較差，難以在工況較惡劣的場(chǎng)合下使用，即使采用表面處理等技術(shù)仍然難以滿足防腐蝕性要求。純鋁/防銹鋁合金具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，但是其力學(xué)性能卻較差，因此，為了充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，常常采用純鋁/防銹鋁合金對(duì)硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金進(jìn)行包覆處理，利用硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金材料的高強(qiáng)度來(lái)承擔(dān)載荷，利用純鋁/防銹鋁合金對(duì)零件進(jìn)行表面腐蝕防護(hù)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常將純鋁板或管覆蓋在硬鋁和超硬鋁合金板材或鎂合金管材表面，采用軋制、擠壓或旋壓的方法對(duì)硬鋁和超硬鋁合金板材或鎂合金管材進(jìn)行純鋁塑性加工。但由于機(jī)械覆蓋純鋁板和鋁管與基體材料之間沒(méi)有界面結(jié)合力，使得覆蓋層與基體層之間在軋制、擠壓或旋壓過(guò)程中變形不一致而發(fā)生錯(cuò)動(dòng)(兩種材料之間無(wú)結(jié)合力的作用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步變形)，難以很好地結(jié)合在一起，并且，也難以實(shí)現(xiàn)全包覆。冷噴涂是一種采用經(jīng)過(guò)預(yù)熱的高壓氣體驅(qū)動(dòng)金屬顆粒高速沉積到基體上的一種技術(shù)。由于氣流驅(qū)動(dòng)粒子的速度很高，可以通過(guò)粒子高速撞擊到基體上發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形發(fā)生粒子沉積，所獲得金屬層組織致密，內(nèi)部的殘余應(yīng)力是壓應(yīng)力，可以沉積很厚的金屬層，特別適合于變形鋁合金的沉積，因此，可以用該技術(shù)在金屬零件表面包覆純鋁和防銹鋁層。

綜上所述，當(dāng)前對(duì)于噴射沉積制備的硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)的鋁合金管材難以實(shí)現(xiàn)致密化，更難以用純鋁或防銹鋁合金進(jìn)行高結(jié)合強(qiáng)度的全包覆。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)鋁合金管，內(nèi)、外壁包覆純鋁/防銹鋁合金且硬質(zhì)顆粒分布均勻，厚度可調(diào)、組織致密、強(qiáng)度高和耐腐蝕性能好。