[发明专利]一种钛镍合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钛镍合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料加工领域；在本发明中，通过采用钛镍合金作为增强相，改进挤压制备工艺，得到具有高强度和韧性的钛镍合金颗粒增强铝基复合材料；所述钛镍合金颗粒增强铝基复合材料中钛镍合金颗粒为增强相，铝合金为基体，钛镍合金颗粒分布均匀，钛镍合金颗粒与铝基体间界面结合良好；所述钛镍合金颗粒增强铝基复合材料的晶粒尺寸为30~70μm，抗拉强度为171~195 MPa，延伸率为9.8%~14.4%。

技术领域

本发明属于金属基复合材料加工领域，涉及一种钛镍合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料具有质量轻、比强度高、比刚度高、弹性模量大等优点，是广泛用于航空和轨道交通领域的轻量化材料。使用铝基复合材料作为飞机的机身不仅可以减轻机身重量，还可以提高飞机整体性能。近年来，铝合金材料的制备工艺及理论研究发展非常迅速，但在实际应用过程中铝合金仍然存在自身韧性差、硬度低，耐磨、耐冲击差、热稳定性差等问题。由于铝合金不能通过直接热处理的方式来提高材料性能，这限制了它的应用与发展。

目前，国内外研究人员通过向铝基复合材料中加入陶瓷颗粒来提高其硬度和耐磨性，但是其仍然存在塑性和韧性差的缺陷。与传统合金相比，钛镍合金是一种具有形状记忆效应、超弹性、高疲劳强度、耐蚀性和生物相容性等优异性能的金属间化合物。如果用钛镍合金代替陶瓷颗粒增强铝合金，它将有望大大改善复合材料的塑性和韧性，并且钛镍合金与铝合金基材之间的界面主要源自金属之间的自然界面特性，具有良好的润湿性。

采用热挤压方法制备铝基复合材料，具有成本低廉和设备简单等优点，但传统挤压工艺较难实现大挤压比的成形加工，且制备材料存在粉末间结合强度较差的问题，在实际应用中受到一定的限制。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种钛镍合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。在本发明中，通过采用钛镍合金作为增强相，改进挤压制备工艺，得到具有高强度和韧性的钛镍合金颗粒增强铝基复合材料；所述钛镍合金颗粒增强铝基复合材料中钛镍合金颗粒分布均匀，钛镍合金颗粒与铝基体间界面结合良好。

本发明中首先提供了一种钛镍合金颗粒增强铝基复合材料，所述钛镍合金颗粒增强铝基复合材料中钛镍合金颗粒为增强相，铝合金为基体，钛镍合金颗粒分布均匀，钛镍合金颗粒与铝基体间界面结合良好；所述钛镍合金颗粒增强铝基复合材料的晶粒尺寸为30~70μm，抗拉强度为171~195 MPa，延伸率为9.8%~14.4%。

进一步的，所述铝合金为5系、6系或7系铝合金中的任一种。

进一步的，所述铝合金为6系铝合金，具体成分为Cu: 0.15~0.4%, Mn: 0.15%,Mg: 0.8~1.2%, Zn: 0.25%, Cr: 0.04~0.35%, Ti: 0.15%, Si: 0.4~0.8%, Fe≤0.7%,Al: 余量。

本发明中还提供了上述钛镍合金颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体步骤包括：

（1）将Ti和Ni金属粉末进行机械混合和真空雾化，得到钛镍合金粉末；

（2）将制得的钛镍合金粉末与铝合金粉末进行真空球磨处理，获得均匀的铝基复合粉末；

（3）将得到的铝基复合粉末和预压模具分别加热并保温，然后将铝基复合粉末倒入预压模具中，利用压机进行预压变形处理并保压，最后利用顶出装置顶出制好的坯料；

（4）将得到的坯料和挤压模具分别加热并保温，然后将坯料置入挤压模具中，根据挤压比的不同选择挤压速度，按照预设的速度进行控速挤压处理，制备出钛镍颗粒增强铝基复合材料。

进一步的，步骤（1）中，钛镍合金粉末中，Ti金属粉末摩尔百分比为42~44%，Ni金属粉末摩尔百分比为56-58%。

进一步的，步骤（2）中，钛镍合金粉末与铝合金粉末质量比为1:2~40。