一种纳米晶铝合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米晶铝合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将铝合金依次进行挤压、超低温搅拌加工、超低温变形和时效处理；所述超低温搅拌加工的温度为

【技术实现步骤摘要】
一种纳米晶铝合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金
，具体涉及一种纳米晶铝合金的制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天工业、汽车工业、轨道交通工业、电子通信工业等领域对轻质高强材料需求的增长，同时对材料综合性能的要求也越来越高。为了制备高强度超细晶金属材料，开发了很多大塑性变形方法，如等通道挤压、高压扭转、累积叠轧、深冷轧制等技术。这些技术中，等通道挤压、高压扭转技术利用大的纯剪切应变实现材料的晶粒细化，广泛用来研究超细晶材料细晶机理，但是这两项技术不能够用来制备大尺寸超细晶板带产品。累积叠轧技术通过控制叠轧过程中轧制压下率保持50％，重复叠合后轧件厚度不变，且随着轧制道次增加材料累积应变量增大来实现材料晶粒的细化，用来制备超细晶板带材料，但是该工艺工序长，生产过程复杂、材料边部易产生裂纹，制约了该技术的推广应用。
[0003]传统加工变形(如热/冷轧制、锻造、挤压等)过程中存在的变形/温度不均匀性及回复/再结晶等会导致如亚晶转变、晶粒长大、相析出等组织演变或转变。因而，采用传统加工变形手段很难实现Al及其合金晶粒结构的超微细化(如晶粒尺寸≤1μm)，而且还存在坯件内组织、性能不均匀问题。这主要归因于较低的变形应变或缺陷累积能力无法增加或提高被加工件内的有效变形。
[0004]因此，需要开发一种纳米晶铝合金的制备方法，利用制备方法制得的铝合金材料的强度高。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种纳米晶铝合金的制备方法，利用制备方法制得的铝合金材料的强度高。
[0006]具体如下，本专利技术提供了一种纳米晶铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将铝合金依次进行挤压、超低温搅拌加工、超低温变形和时效处理；
[0008]所述超低温搅拌加工的温度为
‑
100℃～
‑
200℃；
[0009]所述超低温变形的温度为
‑
150～
‑
200℃。
[0010]根据本专利技术铝合金制备方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
[0011]本专利技术针对现有技术的缺陷，将超低温摩擦搅拌加工与超低温变形相结合，摩擦搅拌加工利用搅拌头所造成加工区材料的剧烈塑性变形、混合、晶粒破碎，同时为了防止在高速的摩擦搅拌加工过程中，产生大量的热，导致晶粒长大粗化，采用在超低温的环境中进行摩擦搅拌加工，实现材料微观组织的致密化、均匀化和细化，将铝合金的晶粒尺寸从微米级细化至亚微米级(100μm减小至1μm)。
[0012]后续再通过超低温变形(轧制、拉拔和锻造)将铝合金材料的晶粒尺寸从亚微米级细化至纳米级(1μm减小至100nm以下)，超低温变形技术通过抑制变形过程中晶粒的位错运
动及动态再结晶来促使晶粒细化的。超低温变形制备铝合金时的主要强化机制为位错和小角度晶界机制。通过超低温变形后的力学性能均超过冷变形(室温变形)后的力学性能，主要原因是铝合金超低温变形过程中晶粒尺寸大幅减小了。超低温变形过程中，材料内部形成高的位错密度，这些高密度的位错演变为晶界，实现材料晶粒细化。大量的高密度位错及纳米晶的存在，为后续的时效析出提供大量形核位置，通过时效工艺的调控，在确保高强度的情况下，还具有很好的耐腐蚀性能。
[0013]搅拌摩擦加工是一种新型固相加工技术。搅拌摩擦加工技术FSP基于搅拌摩擦焊接的思想，利用搅拌头所造成加工区域材料的剧烈塑性变形、混合和破碎，实现材料微观组织细化均匀化和致密化。该技术主要应用在材料微观结构改性、细晶超塑性材料制备、复合材料制备等方面。它是一种高效的加工技术，具有广阔的发展前景。
[0014]FSP技术是一种新型、优质和绿色的加工技术，具有操作简单、无污染、对设备要求低以及成本低廉等优点。该技术目前主要应用在材料微观结构改性、细晶超塑性材料制备、复合材料制备等方面。
[0015]搅拌摩擦加工技术基本原理为：搅拌摩擦加工主要通过搅拌头的高速旋转和移动实现，搅拌头由轴肩和搅拌针组成。搅拌针伸进材料内部进行摩擦和搅拌，其旋转产生的剪切摩擦热将搅拌针周围的金属变软进而热塑化，使加工部位的材料产生塑性流变，搅拌头高速旋转的同时沿加工方向与工件相对移动，热塑化的材料由搅拌头的前部向后部转移，并且在搅拌头轴肩的锻造作用下产生强塑性变形。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述挤压的挤压比为40～60。
[0017]挤压比过低，挤压变形不充分，不能形成完全的再结晶组织；挤压比过高，挤压成形困难，容易开裂。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述挤压的温度为450℃～550℃。
[0019]挤压温度过低，挤压成形困难，组织差；挤压温度过高，挤压容易开裂，内部组织会出现过烧，性能大幅下降。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述挤压的温度为500℃～550℃。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述挤压的速度为10m/min～30m/min。
[0022]挤压速度过低，生产效率低下，温降厉害，性能不均匀；挤压速度过高，挤压温升太快，容易出现挤压开裂。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述挤压的出口冷却速率30℃/s～60℃/s。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述超低温搅拌加工的搅拌头转速为6000rmp～12000rpm。
[0025]搅拌头转速过低，搅拌不充分，组织细化效果不显著；搅拌头转速过高，容易产生搅拌裂纹。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述超低温搅拌加工的搅拌头前进速度为100mm/min～200mm/min。
[0027]搅拌头前进速度过低，生产效率低小，温升太快，组织细化效果不佳；搅拌头前进速度过高，搅拌不均匀，晶粒组织不均匀。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述超低温搅拌加工的轴肩下压量1mm～3mm。
[0029]轴肩下压量的控制为了调控搅拌过程中金属的塑性流动，破损原始大晶粒，获得
细小晶粒，下压量太小，金属塑性变形不均匀，晶粒细化效果不好，下压量太大，搅拌过程中温升太快，也会导致晶粒粗化。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述超低温变形的总变形量为20％～50％。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述超低温变形的总变形量为30％～50％。
[0032]总变形量过低，晶粒细化效果不佳；总变形量过高，容易发烧开裂。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述时效处理为三级时效处理；
[0034]其中，第一级时效处理的温度为20℃～80℃；第二级时效处理的温度为80℃～160℃；第三级时效处理的温度为40℃～100℃。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一级时效处理的温度为60℃～80℃。
[0036]第一级时效处理为了时效GP区析出形核，温度过低，析出数量太少尺寸太小，温度过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米晶铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将铝合金依次进行挤压、超低温搅拌加工、超低温变形和时效处理；所述超低温搅拌加工的温度为
‑
100℃～
‑
200℃；所述超低温变形的温度为
‑
150～
‑
200℃。2.根据权利要求1所述的铝合金的制备方法，其特征在于：所述挤压的挤压比为40～60；优选地，所述挤压的温度为450℃～550℃；优选地，所述挤压的速度为10m/min～30m/min；优选地，所述挤压的出口冷却速率30℃/s～60℃/s。3.根据权利要求1所述的纳米晶铝合金的制备方法，其特征在于：所述超低温搅拌加工的搅拌头转速为6000rmp～12000rpm；优选地，所述超低温搅拌加工的搅拌头前进速度为100mm/min～200mm/min。4.根据权利要求1所述的纳米晶铝合金的制备方法，其特征在于：所述超低温搅拌加工的轴肩下压量1mm～3mm。5.根据权利要求1所述的纳米晶铝合金的制备方法，其特征在于：所述超低温变形的总变形量为20％～50％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李承波，郑学军，刘胜胆，刘洋，朱戴博，肖博，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：