[发明专利]一种内生纳米尺寸颗粒强化铝合金材料制备方法

摘要

本发明涉及一种内生纳米尺寸颗粒强化铝合金材料制备方法，包括以下步骤：(1)制备压坯：(2)制备内生纳TiC颗粒原位反应及纳米强化铝合金；(3)热挤压成型；(4)热处理。本发明的技术方案，在金属中引入纳米尺寸陶瓷颗粒，利用原位内生技术在金属中内生出纳米尺寸陶瓷颗粒并均匀分散，获得低体积分数到高体积分数增强相多含量变换并均匀分散的纳米颗粒强化的铝合金材料，该材料具有超强的强韧性具有重要的实际应用价值。

主权项

一种内生纳米尺寸颗粒强化铝合金材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)制备压坯：(1a)将碳纳米管CNTS/炭黑，钛粉，铝合金粉按以下三种配比配制成100g混合粉末；①当纳米TiC陶瓷颗粒的体积分数为10vol.％：将碳纳米管CNTS/炭黑，钛粉，铝合金粉分别按照各自重量分别为：碳源(纳米碳管CNT+炭黑)：3.28克，钛粉：13.08克，铝合金粉：83.64克，配制成100克混合粉末；其中纳米碳管CNT和炭黑各占碳源的50wt.％，即：纳米碳管CNT：1.64克；炭黑：1.64克；②当纳米TiC陶瓷颗粒的体积分数为20vol.％：将碳纳米管CNTS/炭黑，钛粉，铝合金粉分别按照各自重量分别为：碳源(纳米碳管CNT+炭黑)：6.13克，钛粉：24.43克，铝合金粉：69.44g，配制成100g混合粉末；其中纳米碳管CNT和炭黑各占碳源的50wt.％，即：纳米碳管CNT：3.065克；炭黑：3.065克；③当纳米TiC陶瓷颗粒的体积分数为30vol.％：将碳纳米管CNTS/炭黑，钛粉，铝合金粉分别按照各自重量分别为：碳源(纳米碳管CNT+炭黑)：8.63克，钛粉：34.38克，铝合金粉：56.99g，配制成100g混合粉末；其中纳米碳管CNT和炭黑各占碳源的50wt.％，即：纳米碳管CNT：4.315克；炭黑：4.315克；其中纳米碳管CNT占碳源的100wt.％，即：纳米碳管CNT：8.63克；其中炭黑占碳源的100wt.％，即：炭黑：8.63克；(1b)用球磨混料机将配好的混合粉末以50r/min的速度均匀混合15‑20h；氧化锆磨球和混合粉末的质量比是8:1；(1c)将球磨混好的粉料在液压机上冷压制成圆柱形压坯；(2)制备内生纳TiC颗粒原位反应及纳米强化铝合金：(2a)用石墨纸将步骤(1)中制得的预制块包裹好放入到石墨模具中；(2b)再将石墨模具放入到真空热爆炉中进行加热，当温度加热到500℃，保温10min，使石墨模具和样品温度保持一致；(2c)继续加热至反应温度急剧升高的一瞬间，并在该温度保温7min到8min；(2d)最后停止加热，待温度降低到750‑800℃左右，对反应块施压单向轴向30MPa作用时间20‑30s，达到充分致密；(3)热挤压成型：(3a)将步骤(2)中制得的内生纳米TiC颗粒强化铝合金用线切割机切成的圆柱形试样；(3b)在200t的挤压机上对圆柱形试样进行挤压处理，其中挤压比为12:1‑20:1，挤压温度为500‑550℃，热挤压前圆柱形试在热挤压温度下保温2h；通过热挤压塑性变形后得到内生纳米尺寸颗粒强化铝合金材料；(4)热处理：(4a)固溶热处理：温度为500℃，保温时间1.5‑2h，之后进行冷水淬火；(4b)时效处理：将淬火后的复合材料放入时效炉中，在160℃进行人工时效，保温12‑20h，然后随炉冷却至室温。