[發(fā)明專利]一種原位生成氮化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111007767.3
• 申請(qǐng)日: 2021-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN113737031B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李森;張林杰;寧杰;張貴鋒;程若亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/00
• 分類號(hào): C22C1/00;C22C21/00;B22F10/20;B22F10/66;B33Y10/00;B33Y40/20;B33Y80/00;B23K20/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張海平

1.一種原位生成氮化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述原位生成氮化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由電弧熔絲增材制造工藝及攪拌摩擦加工工藝制備而成，所述電弧熔絲增材制造工藝中的保護(hù)氣體為純氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w；

復(fù)合材料中的氮化鋁強(qiáng)化相通過電弧增材制造過程中Al與N反應(yīng)原位生成，并通過攪拌摩擦加工將氮化鋁充分破碎得到，其中，復(fù)合材料中含有彌散分布的氮化鋁顆粒；

包括以下步驟：

1）確定待制備復(fù)合材料中氮化鋁的含量及最大尺寸；

2）以熔化極氣體保護(hù)焊電弧為熱源，鋁合金焊絲為原材料，鋁合金板材作為堆積基板，純氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w為保護(hù)氣體，通過電弧熔絲增材制造進(jìn)行增材堆積，形成沉積體，其中，保護(hù)氣體中氮?dú)獾暮扛鶕?jù)待制備復(fù)合材料中氮化鋁的含量確定；

3）切除堆積基板，對(duì)沉積體的表面進(jìn)行整平，得板材；

4）根據(jù)待制備復(fù)合材料中氮化鋁的最大尺寸確定攪拌摩擦加工工藝中攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度R_FSP及行走速度V_FSP，再采用攪拌摩擦加工工藝對(duì)板材進(jìn)行多道次攪拌摩擦加工，得原位生成氮化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；

通過調(diào)節(jié)保護(hù)氣體中氮?dú)獾暮浚哉{(diào)節(jié)復(fù)合材料中氮化鋁顆粒的含量，使得復(fù)合材料中氮化鋁的質(zhì)量百分比A為0.16%~0.41%，其中，A為：

A=-0.1597*B*B+0.7106*B-0.144

其中，B為混合氣體中氮?dú)夂浚?Italic>B≥50%；

通過調(diào)節(jié)攪拌摩擦加工工藝中攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度R_FSP及行走速度V_FSP，以控制攪拌摩擦加工后氮化鋁的最大尺寸C，其中，C為：

C=500-17.668（R_FSP/V_FSP）+0.15434（R_FSP/V_FSP）*（R_FSP/V_FSP）

電弧熔絲增材制造過程中的電流為90A-150A，電壓為16V-22V，焊槍行走速度為15cm/分鐘-50cm/分鐘，氮?dú)獾牧髁繛?0L/分鐘-20L/分鐘；

多道次攪拌摩擦加工采用搭接的方式，搭接率OR為0-1，搭接率OR為：

OR=（d_pi-l）/d_pi

其中，d_pi為攪拌針端部的直徑，l為連續(xù)兩道次之間中心線的距離；

多道次攪拌摩擦加工過程中攪拌頭的轉(zhuǎn)速為700r/min-2000r/min，攪拌頭的行走速度為15cm/min-95cm/min。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生成氮化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2）中，當(dāng)采用的堆積方式為單道多層堆積時(shí)，堆積形成墻狀沉積體；

當(dāng)采用的堆積方式為單層多道堆積，堆積形成薄塊狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生成氮化鋁增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟3）中，對(duì)沉積體的表面進(jìn)行銑削加工整平，得厚度為4mm-7mm的板材。