[發明專利]一種原位生成氮化鋁增強鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111007767.3
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113737031B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 李森;張林杰;寧杰;張貴鋒;程若亮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22C1/00
• 分類號: 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任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發明公開了一種原位生成氮化鋁增強鋁基復合材料及其制備方法，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氣體為純氮氣或者氮氣和氬氣的混合氣體；復合材料中的氮化鋁強化相通過電弧增材制造過程中Al與N反應原位生成，并通過攪拌摩擦加工將氮化鋁充分破碎得到，其中，復合材料中含有彌散分布的氮化鋁顆粒，該復合材料具有較高的強度及良好的塑性，且制備方法較為簡單。

技術領域

本發明屬于鋁基復合材料制備技術領域，涉及一種原位生成氮化鋁增強鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

目前顆粒增強鋁基復合材料的制備方法有攪拌鑄造、擠壓鑄造、攪拌摩擦加工以及噴射沉積等。但這些方法中強化顆粒是通過外部加入的措施引入到鋁合金基體中，如攪拌鑄造時是先將鋁合金基體加熱到液相線以上，隨后攪拌鋁液，將顆粒倒入鋁液中，利用熔體的攪拌將顆粒分散。但這些強化顆粒與鋁合金基體之間的潤濕性較差，兩者之間難以有效結合，且強化顆粒難以均勻彌散的分布在鋁合金基體中。以上原因使得制備出的鋁基復合材料強度不高且塑性很差。

這就要求改進當前方法，需要強化相能夠與鋁合金基體很好的潤濕，且強化顆粒均勻分布在基體中，制備出具有高的強度且具有良好塑性的鋁基復合材料。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種原位生成氮化鋁增強鋁基復合材料及其制備方法，該復合材料具有較高的強度及良好的塑性，且制備方法較為簡單。

為達到上述目的，本發明所述的原位生成氮化鋁增強鋁基復合材料，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氣體為純氮氣或者氮氣和氬氣的混合氣體；

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

通過調節保護氣體中氮氣的含量，以調節復合材料中氮化鋁顆粒的含量，使得復合材料中氮化鋁的質量百分比A為0.16％～0.41％，其中，A為：

A＝-0.1597*B*B+0.7106*B-0.144

其中，B為混合氣體中氮氣含量，B≥50％。

通過調節攪拌摩擦加工工藝中攪拌頭的旋轉速度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)。

本發明所述的原位生成氮化鋁增強鋁基復合材料的制備方法包括以下步驟：

1)確定待制備復合材料中氮化鋁的含量及最大尺寸；

2)以熔化極氣體保護焊電弧為熱源，鋁合金焊絲為原材料，鋁合金板材作為堆積基板，純氮氣或者氮氣和氬氣的混合氣體為保護氣體，通過電弧熔絲增材制造進行增材堆積，形成沉積體，其中，保護氣體中氮氣的含量根據待制備復合材料中氮化鋁的含量確定；

3)切除堆積基板，對沉積體的表面進行整平，得板材；

4)根據待制備復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速度R_FSP及行走速度V_FSP，再采用攪拌摩擦加工工藝對板材進行多道次攪拌摩擦加工，得原位生成氮化鋁增強鋁基復合材料。

步驟2)中，當采用的堆積方式為單道多層堆積時，堆積形成墻狀沉積體；

當采用的堆積方式為單層多道堆積，堆積形成薄塊狀。