一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法技术

一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，属于铝基复合材料制备技术领域。以Al

【技术实现步骤摘要】
一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术设计铝基复合材料制备与热挤压、锻造、轧制
，尤其涉及一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强超高强铝基复合材料制备及变形工艺。

技术介绍

[0002]超高强铝合金是以Al
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Zn
‑
Mg
‑
Cu系为主的可热处理强化铝合金，通常屈服强度在500MPa以上。超高强铝合金具有密度低、加工性能好及焊接性能优良的特点，在航空航天、车辆、建筑、桥梁、军工装备等方面广泛应用。从Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu超高强铝合金问世开始，其研究主要经历了四大过程：
[0003]一是合金化路线。通过早期的提升Zn含量，提高Zn/Mg比值，降低Cu含量，到现在采用复合微合金化技术，添加稀土元素(Sc、Er、Yb等)和过渡元素(Ti、Zr、Hf等)，结合两者的优势，形成与铝基体共格的具有L12结构的Al3X相，以达到进一步强化合金的目的。
[0004]二是细晶处理技术。采用物理(电磁搅拌、超声振动、快速凝固等)或化学(变质处理、细化剂)等方式，通过使晶粒最大程度的细化而获得均值超细晶铸锭，从而提高合金铸锭的力学性能。
[0005]三是采用先进加工成型及变形工艺。通过改进传统的铸造冶金技术，如液芯磁流铸造技术、低频电磁半连续铸造等，或开发其他新的成型技术来提高合金的特殊性能或综合力学性能。对合金铸锭进行精确塑性变形(轧制、挤压、锻造)，使合金在组织缺陷改善的同时产生加工硬化。
[0006]四是研究精确热处理技术。Al
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Zn
‑
Mg
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Cu合金的热处理工艺沿着T6
→
T73
→
T76
→
T74
→
T77
→
RRA的过程发展，通过不同的热处理工艺控制合金组织，使其表现不同特性或性能组合，并进一步进行优化改进或开发新的热处理工艺提高合金的综合性能。
[0007]尽管当前超高强铝合金的强度可达到使用要求，但其极限弹性模量为70GPa左右仍无法满足要求。通过添加增强体颗粒制备铝基复合材料可将弹性模量提升至72GPa以上，并同步提升强度。相较于其他增强体颗粒，TiB2具有弹性模量高、线膨胀系数较低的优势，可以有效提升复合材料的强度、刚度。另外，TiB2与铝基体具有良好的界面结合能力，TiB2的(0001)面和α
‑
Al的(111)面错配度小于15％，从晶格匹配角度来看，TiB2可作为形核中心，起到细晶强化的作用。与铝基体良好的润湿性使界面结合强度提高，这对提升复合材料性能极为重要。但是，现有颗粒增强复合材料的研究，可使强度、耐磨性大幅提升，但塑性急剧降低。由于增强体颗粒具有较大界面能，在传统铸造成型的凝固过程，增强体颗粒趋向于界面能减少的方向发展即发生颗粒团聚，降低比表面积以达到界面能最低的稳定状态，大幅降低了复合材料的塑性。国内外研究人员采用增材制造的方式以快速凝固的成型过程改善颗粒分布的问题以获得良好的强度及塑性，但制备大尺寸铸锭困难，无法制备大尺寸结构材料。

技术实现思路

[0008]本专利技术就是针对上述问题，提出一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。利用传统半连续铸造技术辅以正交复合热变形加工技术制备出高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料，具有较高的强度、延伸率、弹性模量，材料综合性能优异。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，其特征在于：以Al
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Zn
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Mg
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Cu
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Zr
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Sc合金为基体，其质量百分比组分Zn：8％～13％，Mg：1.0％～2.4％，Cu：1.0％～2.0％，Zr：0.08％～0.2％，Sc：0.08％～0.2％，TiB2：3％～10％，余量为Al。
[0010]采用半连续铸造技术和正交复合热变形加工技术制备高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料的方法，具体按下述步骤进行：
[0011](1)以高纯铝、高纯镁、高纯锌、Al
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Cu、Al
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Zr、Al
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Sc中间合金及Al
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TiB2中间合金为原料，在750
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780℃温度下熔炼复合材料，半连续铸造浇铸温度为730～750℃，拉坯速度为25
‑
32mm/min；
[0012](2)将铸锭切割，采用400℃/6h+465℃/30h的工艺制度进行均匀化退火；
[0013](3)通过车床对均匀化铸锭去氧化皮，420℃预热2h后进行第一次热锻造、挤压处理并风冷至室温，变形量为50％～90％；
[0014](4)将第一次变形后的复合材料继续在420℃下预热2h后沿正交方向(即垂直于步骤(3)第一次变形方向)进行第二次热变形，即锻造、挤压、轧制并风冷至室温，变形量为30％～90％；通过T6热处理后得到高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料。
[0015]前述的高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法中，所述步骤
①
中高纯铝锭的纯度为99.99％，高纯镁的纯度为99.9％，高纯锌的纯度为99.99％。
[0016]前述的高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法中，所述步骤
④
中高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料的抗拉强度≥720MPa，延伸率≥8％，弹性模量≥73GPa。
[0017]综上所述，由于采取了上述技术方案，本专利技术的优点是：
[0018]本专利技术易于制备大尺寸高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料，具有较好的实用价值，同时解决了TiB2颗粒增强铝基复合材料塑性差的问题，利用正交复合热变形技术得到增强体颗粒弥散分布、组织均匀的复合材料，该复合材料具有高强度、高延伸率、高弹性模量各向同性的力学性能。
附图说明
[0019]为进一步了解本专利技术的特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
[0020]图1为实施例1中本专利技术所述的铸态6％TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu
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Zr
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Sc复合材料的显微组织；
[0021]图2为实施例1中本专利技术所述的6％TiB2/Al
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Zn
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Mg
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Cu
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Zr
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Sc复合材料的两步变形组织；
[0022]图3为实施例1中本专利技术所述的6％TiB2/Al
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料，其特征在于：以Al
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Zn
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Mg
‑
Cu
‑
Zr
‑
Sc合金为基体，其质量百分比组分Zn：8％～13％，Mg：1.0％～2.4％，Cu：1.0％～2.0％，Zr：0.08％～0.2％，Sc：0.08％～0.2％，TiB2：3％～10％，余量为Al。2.制备权利要求1所述的一种高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于：采用半连续铸造技术和正交复合热变形加工技术制备高延伸率、高模量TiB2颗粒增强铝基复合材料的方法，具体按下述步骤进行：(1)以高纯铝、高纯镁、高纯锌、Al
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Cu、Al
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Zr、Al
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Sc中间合金及Al
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TiB2中间合金为原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子勇，黄景存，相志磊，李继豪，唐元琛，申高亮，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：