一种超极限铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于一种铝合金金属材料技术领域，公开了一种超极限铝合金及其制备方法，包括铝合金基体，铝合金基体表面依次沉积有复合粘结层、复合陶瓷层、反射层、反折射层、绝缘层、泡沫碳层；复合粘结层包括沉积在铝合金基体表面的粘结层和沉积在粘结层表面的贵金属层；复合陶瓷层包括陶瓷A层和陶瓷B层。制备时，依次将复合粘结层、复合陶瓷层、反射层、反折射层、绝缘层、泡沫碳层沉积在铝合金表面，便形成了超极限铝合金。本发明专利技术提供的超极限铝合金的使用温度提高至高于原铝合金熔点100‑500℃，能实现在超极限温度下使用。

【技术实现步骤摘要】
一种超极限铝合金及其制备方法
本专利技术属于一种铝合金金属材料领域，具体涉及一种超极限铝合金及其制备方法。
技术介绍
铝合金，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，具有低密度、高强度、优良的可塑性、导电性和耐腐蚀性等优良特性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中广泛使用，尤其是在航空航天领域发挥不可替代的作用。而高强铝合金以其优异的综合性能在商用飞行器上的使用量已经达到其结构质量的80％以上，因此得到全球航空工业界的普遍重视。各种飞行器都以铝合金作为主要结构材料，飞行器上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。随着技术的发展与社会的实际需求，对飞行器的速度要求也越来越高，飞行器的提速就意味着其表面温度也随之提高，而现目前的铝合金熔点在650℃左右，而且使用温度更是在其熔点的70％左右，不能满足在超极限温度下使用(超极限温度即超过铝合金的熔点温度)，更满足飞行器提速后的使用要求，因此在飞行器发展的过程中，铝合金的使用受到了限制。而在提升飞行器飞行速度的研究过程中，为了适应其表面温度的提升，通常会利用铁合金等熔点较高的合金作为制作飞行器的主要结构材料，但是在实际研发的过程中发现铁合金的重量较大，利用铁合金作为制作飞行器的主要结构材料会导致飞行器的重量增加，反而会导致航空器的飞行速度减慢，不能满足实际的需求。而若是在不改变材料的情况，对飞行器进行提速，就只能缩短飞行器的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术意在提供一种超极限铝合金及其制备方法，以解决铝合金无法满足在超极限温度下使用的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下基础技术方案，一种超极限铝合金，包括铝合金基体，铝合金基体表面依次沉积有复合粘结层、复合陶瓷层；复合粘结层包括沉积在铝合金基体表面的粘结层和沉积在粘结层表面的贵金属层；复合陶瓷层包括陶瓷A层和陶瓷B层。本技术方案的有益效果：专利技术人通过大量的研究，研发了一种超极限铝合金，满足铝合金在超极限温度下使用。在研发过程中，通常人们会认为当环境温度高于合金的使用温度之后，便会认为该合金不能在该温度下进行使用，进而需要其他高熔点的合金进行使用，而专利技术人反其道而行，尝试对铝合金进行改进，以满足航空器制造的需求。在专利技术人不断尝试的过程中非常惊喜的发现，通过在铝合金表面沉积一定配比的涂层，能够将铝合金使用温度提高至高于原熔点100-500℃，大大的提高铝合金的使用温度，从而满足制造航空器的需求；而在高温环境下，将铝合金的使用温度提升2-3℃都是非常困难的，因此申请人的这一研究是在铝合金的使用上非常大的进步。本技术方案通过在铝合金基体上沉积复合粘结层、复合陶瓷层，能够大大的提高铝合金的使用温度，以适应铝合金在超极限温度的使用。沉积复合粘结层，能够提高各涂层与铝合金基体之间的粘结效果，避免涂层在使用过程中脱落。沉积复合陶瓷层，能够降低热量的传导，从而提高铝合金基体的使用温度。反射层具有反射热源的效果，从而降低铝合金表面的热源，从而提高使用温度。综上所述，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术提供的超极限铝合金具有极佳的高温力学和化学稳定性，能够在超过其铝合金基体熔点的条件下使用，增强了使用范围。2、本专利技术通过在铝合金基体表面沉积多层涂层，能够将其使用温度提升至高于原铝合金基体熔点100-500℃，以实现铝合金在超极限环境下的使用。3、本专利技术提供的超极限铝合金具有极佳的耐腐蚀性，因而在酸性或碱性条件下的使用时间大大增加，因此能减少材料腐蚀而造成的浪费，节约成本。4、本专利技术打破了当环境温度高于材料的使用温度便只能更换材料的传统思想的禁锢，通过在材料表面沉积涂层，提高材料的使用温度，使得超极限铝合金能够适用于提速后的飞行器制备上，并且不会缩短飞行器的使用寿命。进一步，所述复合粘结层的厚度为100-200μm，复合陶瓷层的厚度为150-500μm，复合陶瓷层外还依次沉积有10-30μm厚的反射层、10-30μm厚的反折射层、10-200μm厚的绝缘层和20-200μm厚的泡沫碳层。有益效果：在复合陶瓷层上沉积反折射层，能阻挡红外线在涂层内的折射，从而降低铝合金基体的温度，因此使得制备的铝合金的使用温度提高。绝缘层能够隔绝铝合金基体表面电离的产生，抵抗电荷对基体材料的侵蚀。在使用时泡沫碳层的碳汽化降温，并在铝合金基体表面形成汽化膜，进一步阻止热传输，从而提高铝合金的使用温度。本技术方案通过各涂层的配合，使得铝合金的使用温度得到了大大的提升。并且通过对各涂层的厚度的设置，能够使得制备的超极限铝合金的使用温度提高，且其重量增加较少，具有轻质的特性，便于制作航空器使用。进一步，所述粘结层的成分为MCrAlY、NiAl、NiCr-Al、Mo中的一种或几种的混合物，MCrAlY为NiCrCoAlY、NiCoCrAlY、CoNiCrAlY或CoCrAlY；贵金属层的成分为Au、Pt、Ru、Rh、Pd、Ir中的一种或几种的合金。有益效果：NiCrCoAlY、NiCoCrAlY、CoNiCrAlY三种材料中各元素之间的配比不同，因此制得的材料不同。粘结层具有良好的粘结效果，使得后续的涂层与铝合金基体的粘结效果佳，降低涂层的脱落概率；而贵金属本身具有抗氧化的特性，能有效的阻止，高温下，氧向粘结层和铝合金基体内扩散，从而提高涂层的抗氧化性能，提高涂层的寿命。进一步，所述陶瓷A层的成分为YSZ或稀土锆酸盐(RE2Zr2O7)；陶瓷B层的成分为ZrO2-RETaO4。有益效果：YSZ或稀土锆酸盐，是一种作为热障涂层普遍使用的物质，易于获得。ZrO2-RETaO4具有低导热率、高膨胀的特性，低导热率能够减少热量的传导，使得在高温环境下，铝合金基体保持低温，从而提高制备的铝合金的使用温度；而高膨胀系数是为了与粘结层的热膨胀系数相匹配，由于贵金属粘结层的热膨胀系数也较大，这样在热循环过程中(即不断加热冷却的过程中)，陶瓷层与粘结层的热失配应力(热膨胀系数不同产生的应力)较小，进而提高涂层的使用寿命。(通俗来讲，当两个热膨胀系数相差较大的涂层沉积在一起时，升温或者降温时，两个涂层的膨胀程度严重不同，就会导致两个涂层之间的应力增大，从而导致两个涂层之间产生裂纹，甚至脱落的问题。)进一步，所述ZrO2-RETaO4呈球形，且粒径为10-70μm。有益效果：能够使得沉积陶瓷B层时，喷涂效果佳，且使得陶瓷B层的粘结效果佳。进一步，所述反射层的成分为REVO4、RETaO4、Y2O3中的一种或几种的混合物。有益效果：REVO4、RETaO4、Y2O3的反射系数高，因此能够反射热源，降低热辐射，降低铝合金基体温度，从而提高制备的铝合金的使用温度。进一步，所述反折射层的成分为石墨烯或碳化硼中的一种或两种的混合物，且石墨烯和碳化硼的空间分布均呈无序排列状态。有益效果：石墨烯和碳化硼虽然具有较高的折射率，当入射光在照射到反折射层上时，无序排列的石墨烯和碳化硼可以增强光在各个方向的折射，避免入射光在同一方向上发生折射，达到折射分散的效果，这样进入到涂层内的入射光强度下降。进一步，所述绝缘层的成分为环氧树脂、酚醛树脂、ABS树脂中的一种或几种的混合物。有益效果：飞行器使用时，外壳与空气发生摩擦而电离时，环氧树脂、酚醛树脂、ABS树脂能隔离导电电子，抵抗电荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超极限铝合金，包括铝合金基体，其特征在于：铝合金基体表面依次沉积有复合粘结层和复合陶瓷层；复合粘结层包括沉积在铝合金基体表面的粘结层和沉积在粘结层表面的贵金属层；复合陶瓷层包括陶瓷A层和陶瓷B层。

【技术特征摘要】
1.一种超极限铝合金，包括铝合金基体，其特征在于：铝合金基体表面依次沉积有复合粘结层和复合陶瓷层；复合粘结层包括沉积在铝合金基体表面的粘结层和沉积在粘结层表面的贵金属层；复合陶瓷层包括陶瓷A层和陶瓷B层。2.根据权利要求1所述的一种超极限铝合金，其特征在于：所述复合粘结层的厚度为100-200μm，复合陶瓷层的厚度为150-500μm，复合陶瓷层外还依次沉积有10-30μm厚的反射层、10-30μm厚的反折射层、10-200μm厚的绝缘层和20-200μm厚的泡沫碳层。3.根据权利要求2所述的一种超极限铝合金，其特征在于：所述粘结层的成分为MCrAlY、NiAl、NiCr-Al、Mo中的一种或几种的混合物，MCrAlY为NiCrCoAlY、NiCoCrAlY、CoNiCrAlY或CoCrAlY；贵金属层的成分为Au、Pt、Ru、Rh、Pd、Ir中的一种或几种的合金。4.根据权利要求2所述的一种超极限铝合金，其特征在于：所述陶瓷A层的成分为YSZ或稀土锆酸盐(RE2Zr2O7)；陶瓷B层的成分为ZrO2-RETaO4。5.根据权利要求4所述的一种超极限铝合金，其特征在于：所述ZrO2-RETaO4呈球形，且粒径为10-70μm。6.根据权利要求2所述的一种超极限铝合金，其特征在于：所述反射层的成分为REVO4、RETaO4、Y2O3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晶，吴福硕，宋鹏，种晓宇，葛振华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53