用于制造方法的高强度铝合金的纳米处理技术

金属基体纳米复合材料，包括：(1)包括铝合金的基体；和(2)分散在所述基体中的纳米结构，其中所述基体包括具有约3或更小的纵横比的晶粒。制造方法包括使所述纳米复合材料经受凝固加工、熔焊、挤出、触变铸造、增材制造和热处理。触变铸造、增材制造和热处理。触变铸造、增材制造和热处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造方法的高强度铝合金的纳米处理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年10月26日提交的美国临时申请号62/751,468的权益，其内容通过引用全部并入本文。


[0003]本公开内容整体上涉及纳米技术处理的(或纳米处理的)铝(Al)合金和这样的纳米处理的Al合金的制造方法。

技术介绍

[0004]AA7075和7xxx系列(或7000系列)的其它Al合金以及2xxx系列(或2000系列)、6xxx系列(或6000系列)和8xxx系列(或8000系列)的Al合金，由于它们的超高比强度和低密度，是航空和汽车工业的期望材料。然而，这些Al合金是热裂纹敏感的并易于枝状晶粒生长，这限制使用这样合金的一些制造方法或致使使用这样合金的一些制造方法不实用。
[0005]在这个背景下，需要开发本文描述的实施方案。
[0006]概述
[0007]在一些实施方案中，金属基体纳米复合材料包括：(1)包括铝合金的基体；和(2)分散在基体中的纳米结构，其中该基体包括具有约3或更小的纵横比的晶粒。
[0008]在额外的实施方案中，制造方法包括：(1)提供任何前述实施方案的纳米复合材料；和(2)使纳米复合材料经受凝固加工以形成金属零件。
[0009]在额外的实施方案中，制造方法包括：(1)提供任何前述实施方案的纳米复合材料作为填料材料；(2)将填料材料置于待焊接在一起的铝合金金属零件之间；和(3)使金属零件与其间的填料材料经受熔焊。
[0010]在额外的实施方案中，制造方法包括：(1)提供任何前述实施方案的纳米复合材料作为第一金属零件；和(2)使第一金属零件和铝合金第二金属零件经受熔焊。
[0011]在额外的实施方案中，制造方法包括：(1)提供任何前述实施方案的纳米复合材料；和(2)使纳米复合材料经受挤出以形成金属零件。
[0012]在额外的实施方案中，制造方法包括：(1)提供任何前述实施方案的纳米复合材料；和(2)使纳米复合材料经受触变铸造(thixocasting)以形成金属零件。
[0013]在额外的实施方案中，制造方法包括：(1)提供任何前述实施方案的纳米复合材料；和(2)使用纳米复合材料作为原料进行增材制造以形成金属零件。
[0014]在额外的实施方案中，制造方法包括：(1)提供任何前述实施方案的纳米复合材料；和(2)使纳米复合材料经受热处理以形成金属零件。
[0015]还考虑了本公开内容的其它方面和实施方案。前述概述和以下详细描述不意图将本公开内容限制为任何特定实施方案而仅意在描述本公开内容的一些实施方案。
[0016]附图简要描述
[0017]为了更好地理解本公开内容的一些实施方案的本质和目的，应结合附图参考以下
详细描述：
[0018]图1：AA7075的气体保护钨极电弧焊。a)使用三种不同类型的填料材料电弧焊接两个约152.4mm
×
约76.2mm
×
约3.175mm的AA7075片材。b)和c)分别使用对照填料材料即AA7075和ER5356进行的焊接中焊缝熔化区的宏观凝固裂纹。d)使用AA7075+约1.7体积％TiC作为填料材料，焊接产生均匀的焊缝而没有开裂迹象。
[0019]图2：如图1中显示的与焊接基底片材共面的水平焊缝横截面的光学显微镜表征。a)、c)和e)是分别使用AA7075、ER5356和纳米处理的AA7075作为填料材料进行焊接的晶粒形态。黑色虚线表明熔化区(MZ)和部分熔化区(PMZ)的熔合线，而白色虚线表明与熔合线相邻的弯曲晶粒生长和在焊缝中心的柱状拖尾晶粒生长的过渡。b)是起源于熔合线的枝晶。d)是在焊缝中心区域中的柱状晶粒。c)是在纳米处理的AA7075焊接的MZ中的球状晶粒。
[0020]图3：图2中所示的基本上纯的AA7075和纳米处理的AA7075熔化区的水平焊缝横截面的扫描电子显微法(SEM)表征。a)和c)是用AA7075填料材料焊接的熔化区的二次相显微组织。b)、d)和e)是用纳米处理的填料材料焊接的AA7075的改性的二次相。f)显示通过纳米处理的填料材料改性的二次相的横截面视图的透射电子显微法(TEM)样品。g)是在TiC纳米颗粒和二次相(认定为MgZn2)之间的界面的典型高分辨率TEM图像。h)是与g)对应的傅立叶滤波的高分辨率TEM图像。
[0021]图4：基本上纯的AA7075和纳米处理的AA7075熔化区的差示扫描量热法(DSC)分析。a)显示取自用AA7075和用纳米处理的AA7075填料材料焊接的接缝的熔化区样品的归一化热通量的DSC冷却曲线。b)来源于DSC结果的固体分数相对温度曲线。
[0022]图5：纳米处理的AA7075焊接的机械性质。a)在横向垂直横截面的中心线进行显微硬度测试。该图比较在焊接状态和焊接后热处理(PWHT)条件下用ER5356填料和纳米处理的AA7075填料进行的焊接的维氏硬度值。b)从左至右，较浅的阴影条显示通过气体保护钨极电弧焊(GTAW)焊接的高强度铝合金、用ER5356填料材料焊接的AA7075和用纳米处理的AA7075填料材料焊接的AA7075的选择。较深的阴影条显示用ER5356作为填料的改性间接电弧(MIEA)焊接的AA7075和在相同的PWHT之后用纳米处理的AA7075填料材料焊接的AA7075。
[0023]图6：接收状态的TiC纳米颗粒。SEM图像显示从US Research Nanomaterials,Inc.接收的TiC纳米颗粒粉末。使用熔剂辅助的液态掺入，将这些纳米颗粒掺入铝中。
[0024]图7：AA7075+TiC焊接条横截面的SEM图像。该图像显示在挤出方向上的TiC纳米颗粒条。这些条的出现均匀地分布在整个焊接条中。
[0025]图8：AA7075+TiC焊接条横截面的SEM图像。图7中显示的TiC纳米颗粒条带之一的高放大倍率图像。TiC主要保留在晶界处的AA7075的二次相内。纳米颗粒看起来是解聚集的并在二次相内充分分散。
[0026]详细描述
[0027]本公开内容的实施方案涉及纳米技术处理的(或纳米处理的)Al合金和这样的纳米处理的Al合金的制造方法。
[0028]在一些实施方案中，纳米处理的Al合金是金属基体纳米复合材料，其包括Al和一种或多种额外金属的基体，以及分散在基体中的增强纳米结构。在一些实施方案中，Al被包括在基体中作为主要组分(以重量计)和一种或多种额外金属被包括在基体中作为次要组分(以重量计)。合适的基体材料的实例包括7xxx系列Al合金例如AA7075或包括Al、锌(Zn)、
镁(Mg)和铜(Cu)的其它Al合金；包括Al、Cu和Mg的2xxx系列Al合金；包括Al、硅(Si)、Mg和Cu的6xxx系列铝合金；包括Al和锂(Li)的8xxx系列Al合金；其它Al合金；前述两种或更多种的合金、混合物或其它组合。
[0029]在一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.金属基体纳米复合材料，包含：包括铝合金的基体；和分散在所述基体中的纳米结构，其中所述基体包括具有3或更小的纵横比的晶粒。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中所述晶粒具有2.5或更小的纵横比。3.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中基体包括作为以重量计的主要组分的铝和不同于铝的至少一种额外金属。4.根据权利要求3所述的纳米复合材料，其中所述至少一种额外金属选自锌、镁和铜。5.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中所述纳米结构包括陶瓷。6.根据权利要求5所述的纳米复合材料，其中所述陶瓷是含有过渡金属的陶瓷。7.根据权利要求6所述的纳米复合材料，其中所述含有过渡金属的陶瓷选自过渡金属碳化物和过渡金属硼化物。8.根据权利要求7所述的纳米复合材料，其中所述含有过渡金属的陶瓷是碳化钛。9.根据权利要求7所述的纳米复合材料，其中所述含有过渡金属的陶瓷是硼化钛。10.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其中所述纳米结构以至多5％的所述纳米复合材料的体积分数分散在所述基体中。11.根据权利要求10所述的纳米复合材料，其中所述纳米复合材料中的所述纳米结构的体积分数为至多3％。12.根据权利要求10所述的纳米复合材料，其中所述纳米复合材料中的所述纳米结构的体积分数为至多2.5％。13.制造方法，包括：提供权利要求1
‑
12中任一项的纳米复合材料；和使所述纳米复合材料经受凝固加工以形成金属零件。14.制造方法，包括：提供权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓春，M，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：