[发明专利]一种超高强度铝合金材料及其制备方法

说明书

本发明属于有色金属材料制备加工技术领域，特别涉及一种超高强度铝合金材料及其制备方法。所述超高强度铝合金材料由基体和强化粒子组成，所述基体中晶粒呈超细等轴晶粒结构存在；所述强化粒子均匀弥散分布于晶界处；所述基体中，单颗晶粒的尺寸为100‑500纳米，所述强化粒子尺寸为100‑200纳米。其制备方法为：以铝合金为处理对象；经高应变速率的强剪切变形，得到所述超高强度铝合金材料；所述高应变速率的取值范围为1000每秒‑100000每秒；所述强剪切变形的真应变为2‑10。本发明将铝合金细晶强化机制和弥散强化机制相结合，得到了性能优越的成品。同时本发明具有工艺简单，操作方便，制备时间短，经济实用的优势。

技术领域

本发明属于有色金属材料制备加工技术领域，特别涉及一种超高强度铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金是一种具有良好综合性能的金属材料，然而其强度较低，因此发展超高强度铝合金是铝合金发展的主要方向之一。超高强铝合金具有质量轻，强度高，机加性能优越，耐腐蚀性能良好等优点，被广泛应用于航空航天和军事、民用工业。

铝合金强韧化的机制主要包括固溶强化、时效强化、第二相强化和细化晶粒强化几种。目前，能使铝合金的强度和韧性同时提升的方法是细化晶粒。当晶粒细化到超细级(即，晶粒尺寸为100纳米-1微米)时，材料具有特殊的物理、化学和力学性能。由于合金中的晶粒被显著细化，各种宏观和微观偏析受到抑制，同时可以使铝合金中第二相粒子更均匀的分布在超细等轴晶的晶界处，能够起到钉扎位错和有效的阻碍位错运动的作用，进而提高铝合金的强度，而不降低其塑性。

目前关于超高强度铝合金制备加工主要有以下三种途径：一)采用成分设计配套固溶时效热处理，如：闻继尧提出的“一种高强度铝合金”(申请号：CN201710313493.8)，范维强等人提出的“制备高强度硬铝合金的热处理工艺”(申请号：CN201710555104.2)；二)采用制备非晶的方法，张济山等人提出的“一种喷射沉积高硅铝合金的方法”(申请号：CN00124660.7)，徐凯提出的“一种可快速降温的铝合金喷射沉积设备”(申请号：CN201520433813.X)；三)采用剧变形配套热处理方法，如Xu Cheng等人利用等通道转角挤压技术在473K下制备了晶粒尺寸为300纳米的7034铝合金，Zhao Yonghao等人利用低温轧制技术制备了晶粒尺寸为100纳米的7075铝合金，中国专利CN1459512公开了一种利用等通道转角挤压加固溶时效处理的方法制备2000系和7000系的亚微米级铝合金。第三种方案制备高强铝合金效果，根据专利(CN1459512)中的实例分析，得到的2224铝合金平均晶粒尺寸为300纳米，抗拉强度为620MPa；7050铝合金平均晶粒尺寸为300纳米，抗拉强度为680MPa。以上三种途径制备高强度铝合金各有优势，采用了固溶强化、时效强化、第二相强化和细化晶粒强化等铝合金强韧化的机制。但是，往往需要较长的周期来制备高强度铝合金。

发明内容

为了制备出高性能的铝合金，发明人课题组在铝合金高速率变形机制研究中，发现了铝合金在高速率变形样品中，生成剪切带(该剪切带的宽度一般为100-200微米、长度一般为2.5毫米)。剪切带内中会在几十个微秒时间内形成超细等轴晶粒(参见BingfengWang et al.Adiabatic shear localization and its microstructure in ultrafinegrained aluminum alloy,Materials Science and Engineering A,2016)。基于此发现，发明人依据旋转动态再结晶理论为技术原型，提出了本发明，同时，通过实验参数的优化还实现了在样品由微纳尺寸向毫米级、厘米级、分米级别的跨越。