[发明专利]一种具有优良高温变形能力的铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于铝基复合材料技术领域，公开了一种具有优良高温变形能力的铝基复合材料及其制备方法。所述复合材料由体积分数为2％～20％的增强颗粒与80％～98％的铝合金制备而成；所述增强颗粒为纳米晶非晶双相颗粒；所述增强颗粒为Ti‑Cu‑Zr系合金。本发明还公开了复合材料的制备方法。本发明制备的纳米晶非晶双相颗粒增强铝基复合材料室温强度高、比强度高、高温变形能力优良，具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明属于铝基复合材料技术领域，具体涉及一种具有优良高温变形能力的纳米晶非晶双相颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高耐磨性和尺寸稳定性好等优异的性能，在航空航天、汽车、军事和电子等领域具有广泛应用前景。高强度、高弹性模量和高耐磨性的陶瓷颗粒如Al₂O₃、SiC和B₄C等是最常见的增强体颗粒。然而，陶瓷颗粒密度大、硬度高、脆性大、易团聚、以及与基体易发生化学反应形成脆性界面相等导致铝基复合材料的热加工性能严重恶化，极大限制了铝基复合材料的工程应用。高温变形阻力小可以使得产品加工省力、节能、设备加工能力要求较低和易于成型形状复杂的整体部件，可以避免铝基复合材料焊接困难的问题。因此，如何提升铝基复合材料的高温变形能力是促进铝基复合材料大规模应用的关键。

发明内容

为了在提高铝基复合材料强度的同时解决铝基复合材料热加工难的技术问题，本发明的目的在于提供一种具有优良高温变形能力的纳米晶非晶双相颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

本发明的目的由以下技术方案来实现：

一种具有优良高温变形能力的纳米晶非晶双相颗粒增强铝基复合材料，由体积分数为2％～20％的增强颗粒与80％～98％的铝合金制备而成。

所述增强颗粒为纳米晶非晶双相颗粒。

所述的铝合金优选7xxx系铝合金和/或2xxx系铝合金中的一种以上。

所述增强颗粒优选Ti-Cu-Zr系合金，其微观组织为10-90vol.％的纳米晶相和10-90vol.％的非晶相；其中，非晶相在50vol.％及其以上时，复合材料具有更好的高温变形能力。增强颗粒中纳米晶直径为2-15nm，增强颗粒的粒度20μm。

优选地，增强颗粒成分为Ti₄₅Cu₄₅Zr₅Ni₅；所述纳米晶非晶双相颗粒采用球磨制备，具体为：按Ti₄₅Cu₄₅Zr₅Ni₅的化学计量比称量出相应的各纯金属粉末，在行星式球磨机上进行机械合金化，制备出纳米晶非晶双相颗粒(通过筛粉，过滤得到20μm以下的粉末)。优选地，混粉时间为5h，球料比为15:1，球磨转速为200rpm，球磨时间为5h～100h，纳米晶非晶双相颗粒中非晶相随球磨时间增加而增加，纳米晶相随球磨时间增加而减少。

上述具有优良高温变形能力的纳米晶非晶双相颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混粉：将体积分数为2％～20％的增强颗粒和80％～98％的铝合金粉末进行球磨，获得复合材料粉末；球磨的时间为10-30h；

(2)复合材料粉末包套热挤压：将步骤(1)所得复合材料粉末进行热挤压，获得纳米晶非晶双相颗粒增强铝基复合材料。所述热挤压是指将粉末装进挤压套，装进热挤压设备的预热模具中进行挤压。热挤压的条件：挤压温度为300℃～550℃，升温速率为30℃～150℃/min，挤压时间为1min～20min，挤压压力为50～200MPa。