[发明专利]一种使不连续增强体在高强度铝合金中均匀分散的方法

说明书

本发明公开了一种使不连续增强体在高强度铝合金中均匀分散的方法，该方法应用于不连续增强体、纯铝粉末及合金化元素粉末的混合过程中，包括引入合金化元素的过程与不连续增强体分散的过程；引入合金化元素的过程与不连续增强体分散的过程分开进行；引入合金化元素的过程采用低球料比、低强度及低能量的低能混合方式；增强体分散的过程采用高能球磨的方式。该方法保证在分散增强体时，基体强度较低，保证不连续增强体在基体中分散均匀。本发明方法使不连续增强体在高强度基体中分散均匀，减缓金属基复合材料塑性恶化的趋势，有利于增强体发挥多种强化机制，提高不连续增强体对基体的增强效率。该发明方法，工艺简单，可行性强，易于推广。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种使不连续增强体在高强度铝合金中均匀分散的方法。

背景技术

铝及其合金具有比强度高、产量大和成本低等一系列优势。是被使用得最广泛的金属材料之一。在纯铝或铝合金中添加各种增强体，可以制备得到强度更高的铝基复合材料。如果采用适合的制备工艺，铝基复合材料还可以获得很好的强塑性匹配。因此，铝基复合材料有望成为未来航空航天、交通运输等领域的结构材料。

不连续增强体是所有的增强体中较为重要的一类。粉末冶金是目前制造不连续增强体铝基复合材料最常用的方式之一。粉末冶金制造不连续增强体铝基复合材料包括增强体的分散、粉末的烧结、后续的变形和热处理等工艺。其中，不连续增强体的分散状态是决定粉末冶金铝基复合材料性能的关键因素之一。如果不连续增强体在基体中的分散状态好，可以大大提高增强效率，并可同时提供多种增强机制；还可以降低裂纹萌生的概率，减缓铝基复合材料塑性下降的趋势。

高能球磨是粉末冶金中最常用的将不连续增强体分散在基体中的方法。球磨过程中，磨球高速运动撞击粉末，并使粉末变形；与此同时，磨球对粉末的剪切作用使混合粉末中的增强体分散开。剪切作用的强弱，一定程度上取决于所球磨粉末的强度。剪切作用的强弱也可以决定增强体分散的均匀性。强度低的金属，在球磨过程中易于被撞击变形成片状，有利于剪切作用的进行，进而可以促进增强体的分散。反之，强度高的金属在球磨过程中不易变形成片状，这不利于剪切作用的进行，从而阻碍增强体的分散。

为了获得更高强度的铝基复合材料，现有的研究都希望能够采用强度更高的铝合金基体。因此，将增强体均匀地分散在高强度铝合金基体中，具有十分重要的实用价值。然而，现有的研究结果表明，由于高强度铝合金具有硬度大、难变形等特点，如果只使用高能球磨工艺，很难使不连续增强体均匀分散在高强度基体中。

发明内容

球磨过程中，磨球高速运动并对粉末进行撞击，从而到达将增强体分散均匀的目的。高强度铝合金不容易变形，在球磨过程中不利于增强体分散均匀。而纯铝的强度较低，室温下硬度一般低于40HV，极限抗拉强度一般低于100MPa，是一种容易变形的金属，有利于增强体的分散。为了克服高强度铝合金不易变形的问题，将不连续增强体分散到高强度铝合金基体中，可以回避传统技术中将不连续增强体与高强度铝合金粉末直接球磨的方法，而将不连续增强体先与纯铝粉末球磨，使不连续增强体先均匀分散到铝基体中，再将合金元素粉末和增强体/纯铝混合粉末进行混合，完成合金化。也可以将不连续增强体、纯铝粉末和合金元素粉末分别添加并同时球磨，以此实现不连续增强体的分散和基体合金化同时进行、同时完成。基于上述论述，本发明提出了一种使不连续增强体在高强度铝合金中均匀分散的方法。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

提供一种使不连续增强体在高强度铝合金中均匀分散的方法，所述方法应用于不连续增强体、纯铝粉末及合金化元素粉末的混合过程中，所述方法包括引入合金化元素的过程与不连续增强体分散的过程；

所述引入合金化元素的过程与所述不连续增强体分散的过程分开进行；其中，所述引入合金化元素的过程采用低球料比、低强度及低能量的低能混合方式；所述增强体分散的过程采用高能球磨的方式。