[发明专利]一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法

说明书

本发明属于金属材料加工技术领域，具体为一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法，包括步骤1：制备Al‑Cu合金熔体，按各合金成分含量进行备料并置于熔炼炉中，得到熔融的Al‑Cu合金，然后保温10‑20min；步骤2：加入孪晶TiC颗粒，向步骤1中得到的熔融的Al‑Cu合金中加入孪晶TiC颗粒，机械搅拌2‑3min后进行超声处理，浇筑成型；步骤3：激光表面重熔，对Al‑Cu合金板材表面用砂纸打磨并用有机溶剂将其表面清洗干净，随后在室温条件下对合金表面进行激光重熔处理，在铝合金表面获得生长孪晶层，该方法工艺简单，操作容易，得到的孪晶结构对提升铝合金的表面特性及力学性能大有裨益。

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体为一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法。

背景技术

目前研究表明在合金中引入孪晶结构既能提高材料强度，同时还能提高材料的塑性，实现金属材料强韧化(Science，2009，324卷，349页)。例如对于镍、铜等金属，通过表面机械研磨方法已经成功在表面制备出超细孪晶结构，单层孪晶厚度在10微米以下，甚至达到纳米级(Strain-Induced Ultrahard and Ultrastable Nanolaminated Structure inNickel，Science，2013，342卷，337页)。这可以明显提高金属的硬度与强度。

尽管如此，目前在铝合金表面制备出超细孪晶是很困难的，这是因为铝合金的层错能高，通过机械研磨、塑性变形等方法很难形成层状孪晶结构。半连续铸造铝合金虽然在内部偶尔形成羽毛状孪晶，但孪晶界间距在几十微米，并不能在表面形成。激光重熔技术是利用激光器发射出的高能激光粒子束对所需加工材料表面进行选区熔化而无需进行元素添加。激光重熔在表面选区快速形成熔池，凝固速度很快。因此激光重熔能够显著细化晶粒，但尚没有通过激光处理铝合金制备孪晶结构的方法。目前缺少一种表面处理方法，能够在铝合金表面制备出超细孪晶结构，用以提供铝合金表面性能。

基于上述，我们提出一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法，该方法工艺简单，操作容易，得到的孪晶结构对提升铝合金的表面特性及力学性能大有裨益。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法，其包括如下步骤：

步骤1：制备Al-Cu合金熔体

按各合金成分含量进行备料并置于熔炼炉中，得到熔融的Al-Cu合金，然后保温10-20min；

步骤2：加入孪晶TiC颗粒

向步骤1中得到的熔融的Al-Cu合金中加入孪晶TiC颗粒，机械搅拌2-3min后进行超声处理，浇筑成型，其中，孪晶TiC颗粒为近球形，尺寸为60-200nm；

调整熔体温度至720℃，静置保温3-5min，随后向合金熔体中加入除渣剂，搅拌1-2min后进行打渣，随后将熔体浇注到钢模具内，冷却到室温得到含有孪晶TiC颗粒的Al-Cu合金板材；

步骤3：激光表面重熔

对Al-Cu合金板材表面用砂纸打磨并用有机溶剂将其表面清洗干净，随后在室温条件下对合金表面进行激光重熔处理，在铝合金表面获得生长孪晶层。