[發明專利]放電等離子燒結制備多局域析出異構鋁合金材料的方法

在審

• 申請號: 202111596494.0
• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114226730A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 歐藝文;劉億
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B22F9/04;C23G1/22;B22F1/145
• 代理公司: 北京鵬帆慧博知識產權代理有限公司 11903
• 代理人: 劉琳

本發明提供一種放電等離子燒結制備多局域析出異構鋁合金材料的制備方法，屬于金屬材料領域，本發明提供的制備方法包括將兩種或兩種以上具有不同時效析出強化行為的鋁合金依次進行球磨混合、堿洗過濾、放電等離子燒結、固溶熱處理和時效熱處理工序得到多局域析出異構鋁合金材料。本發明選用兩種或多種具有不同時效硬化行為的鋁合金，進行球磨混合、堿洗過濾獲得鋁合金混合粉末，通過放電等離子燒結獲得塊體鋁合金材料。再利用后續時效處理，在不同異質結構之間形成多局域析出相，獲得多局域析出異構鋁合金材料。

技術領域

本發明涉及金屬材料技術領域，特別涉及一種放電等離子燒結制備多局域析出異構鋁合金材料的方法。

背景技術

鋁合金是工業應用中最廣泛的一類有色金屬結構材料，其密度較低，但強度比較高；塑性好，可加工成各類型材；具有優異的導電性、導熱性和抗蝕性，因此在航空航天、交通運輸、機械制造等領域已獲得大量應用。對于純鋁而言，面心立方結構使其具有很高的塑性(伸長率32～40％，收縮率70～90％)，但是其抗拉極限僅為90MPa，故不宜作為結構材料。隨著生產實踐以及科學試驗的不斷進步，人們發現可以通過添加各種合金元素以及熱處理方法來強化鋁，進而開發了一系列的鋁合金。以Al6061(Al-Mg-Si系)為例，退火態的抗拉強度小于150MPa，斷裂延伸率在14-20％之間，通過固溶+時效熱處理后，析出的沉淀相在材料塑性變形過程中對位錯具有很好的阻礙作用，因此其抗拉強度上升至290MPa，但由于金屬材料中強度和塑性此消彼長的矛盾關系，其斷裂延伸率下降至6％。以上所述的強度與塑性難以兼顧的問題普遍存在于均質塊體金屬材料中，因此如何獲得高強高韌合金材料是人們長期以來關注的重點。

近年來，人們逐漸認識到利用多級構筑結構可以克服金屬材料中強度和塑性此消彼長的矛盾關系，通過設計界面或者調控微觀結構使材料的不同區域之間具有巨大的強度差異，實現材料的強塑性相匹配的綜合力學性能。中科院力學所在《美國科學院院報，PNAS》，2015，112：14501-14505上發表的“Heterogeneous lamella structure unitesultrafine-grain strength with coarse-grain ductility”(超細晶強度與粗晶延伸率相結合：非均質層片結構)介紹了一種利用異步軋制+部分再結晶制備非均質層片結構材料的方法，把組織均勻的金屬純鈦變成了一種粗晶/超細晶的層片結構，這種不同區域的結構差異使得材料具有優異的強塑性匹配，可獲得1GPa的強度，且均勻延伸率保持在8％。這種技術的特點在于僅需要對塊體材料進行簡單變形及熱處理，但超細晶在高溫條件下的再結晶與回復問題會影響這種異構界面的穩定性。進一步檢索發現，huang等人在《materialstoday，今日材料》，2018,21：713-719上發表的“Interface affected zone for optimalstrength and ductility in heterogeneous laminate”(非均質層狀板材中界面影響區對其強度和延性的優化)一文中，介紹了一種累積疊軋+臨界條件退火工藝，設計、制備了具有明顯力學差異的納米晶/微米晶層狀金屬材料，其特征在于：(1)兩種材料的界面寬度從125μm縮小至3.7μm，其界面結合的情況依舊很好；(2)材料的屈服強度和加工硬化能力隨著界面間距的減小而增大，當層狀材料的抗拉強度超過500MPa時，其均勻延伸率仍保持在15％。但同時需要面對以下問題：(1)材料界面的氧化層難以控制；(2)疊軋獲得的板材厚度較小，不利于材料的后續成型加工及工業應用。

發明內容