【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铝基复合材料的半固态制备方法，具体地说是一种颗粒增强铝基复合材料的半固态流变成形方法，属于高性能铝基材料。
技术介绍
1、颗粒增强铝基复合材料，具有高强、高韧、低密度且耐磨损等优点，有着广阔的发展和应用前景。
2、原位法制备铝基复合材料可以有效避免外加法的诸如结合强度低、润湿性差等缺点，同时原位反应生成的微纳米颗粒与基体合金初生相形核具有相互促进作用。
3、al-zn-mg-cu系合金在锻压态具有高强高韧的特点，但其存在严重的铸造缺陷，如热裂、缩孔及宏观偏析等。而半固态成形具有组织均匀细小呈近球状、模具内收缩量小等特点，十分有利于以上铸造缺陷的控制，为该系合金的以铸代锻提供了可能性。
4、搅拌法是最早也是应用最广泛的颗粒增强复合材料以及半固态浆料制备的方法，主要包括机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波振动搅拌法等。机械搅拌法在搅拌过程中生产效率低，属于接触式搅拌法，搅拌棒易于受到金属液的腐蚀，寿命较短，同时搅拌棒污染金属液，这是机械搅法的主要缺点。电磁搅拌的缺点在于：能耗大，浆料制备成本高，电磁搅拌中存在“集肤效应”。由于存在金属熔体中的衰减现象，导致超声波不易到达熔体较深的区域，对于制备的坯料重量和尺寸有一定的限制，超声波振动搅拌尚未实现商业化应用。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种颗粒增强铝基复合材料的半固态流变成形方法。本专利技术制备的铝基复合材料具有增强颗粒分布均匀、基体晶粒尺寸细化、形貌圆整化、
2、本专利技术颗粒增强铝基复合材料的半固态流变成形方法，首先在传统al-zn-mg-cu铝合金基础上提高zn、mg、cu元素的含量，采用混合盐法原位制备zrb2颗粒，利用zrb2异质形核核心作用，获得zrb2、mgzn2大体积分数的颗粒增强铝基复合材料；然后采用偏心旋转流变成形方法，制备出微观组织晶粒细小、圆整的铝合金半固态浆料；最后利用cu调控gp区或η′前驱相的析出强化效果，得到高强韧的铝合金复合材料。
3、具体包括如下步骤：
4、步骤1：混合盐法原位制备zrb2颗粒
5、1a、首先将市售的纯铝7a04铝锭放在石墨坩埚中，电阻炉加热温度设置为850℃，铝熔体熔化后，用钟罩将已预热的定量al-zn、al-mg、al-cu合金压入铝熔体中；
6、1b、待加入合金完全熔化后，采用旋转喷吹法对铝合金熔体进行除气净化处理，混合盐粉末随吹气过程加入炉内，在850℃下保温10分钟，保温结束后扒渣。
7、所述混合盐由k2zrf6、kbf4、na3alf6和ceo2复配构成。所述混合盐中k2zrf6、kbf4按质量比52：48的比例加入，添加量按制备zrb2的质量分数来计算，助溶剂na3alf6添加量为基体合金质量的1-3％，分散剂ceo2添加量为基体合金质量的0.1-0.5％。
8、旋转喷吹的过程中，通过电机驱动旋转喷头，使得净化气体带着混合盐粉末在旋转喷头产生的剪切力作用下喷入铝熔体，气泡与熔体发生强剪切，使气泡破碎为均匀分布细小气泡，且气泡以螺旋方式上浮，使得气泡带着粉末高度弥散地分布在铝熔体中，获得弥散分布的zrb2颗粒；所述净化气体为n2。
9、步骤2：铝合金半固态浆料的制备
10、2a、过热金属液的倾斜浇注。将步骤1获得的过热铝合金液从电阻炉中舀出，并在空气中自然冷却，同时使用热电偶测量金属液的温度，当到达指定温度后，将铝液浇入倾斜的圆筒形坩埚中，为增大过冷度，金属液要沿着坩埚壁流下。
11、2b、将坩埚固定在水平偏心旋转平台上，通过调节旋转速度带动平台上的坩埚进行偏心旋转；当偏心旋转的时间到达设定的目标时间后，迅速将坩埚中的浆料利用卸料冲头推出水淬，至此一个制浆循环完成。
12、步骤3：固溶与时效处理
13、将步骤2中制备的铝合金复合材料升温至470℃并保温2h，随后水淬，快速转移至120℃炉中进行时效处理24h，最后得到高强韧的铝合金复合材料。
14、步骤2a中，使用热电偶测量金属液的温度，当到达指定温度后，将铝液浇入倾斜的圆筒形坩埚中。圆筒形坩埚开口高度为250mm，杯口直径为90mm。所述指定温度为630-640℃，优选635℃。
15、步骤2b中，坩埚偏心旋转时的偏心距为10mm。偏心旋转速度0-150rpm可调，优选的，旋转速度为100rpm。
16、步骤2b中，当偏心旋转的时间到达指定时间后，迅速将坩埚中的浆料利用卸料冲头推出、水淬。偏心旋转的时间为70-100s，优选80s。
17、步骤3中，升温速率设置为2-10℃/min，优选5℃/min。
18、本专利技术提高了传统7系铝合金(al-zn-mg-cu系合金)中的zn、mg、cu元素含量，从而在zrb2异质形核核心作用下形成mgzn2初生相，而这些初生相又可作为zrb2的形核质点，促使zrb2形核生长，zrb2、mgzn2相互促进形核生长，获得原位大体积分数增强铝合金效果。
19、传统7系铝合金zn、mg元素含量不能过高，否则热裂倾向严重。本专利技术在适量增加zn、mg含量条件下，采用半固态流变成形方法，热裂倾向并未增加，主要原因在于半固态成形具有组织均匀细小呈近球状、凝固收缩小等特点，十分有利于热裂缺陷控制。
20、本专利技术在设计合金成分时添加了适量的cu，利用cu调控gp区或η′前驱相的析出强化效果。cu的加入会促进gp区或η′前驱相的析出，并进入到gp区或η′前驱相，显著改变早期相的形貌。本专利技术添加cu是利用cu来调控时效过程析出相的形貌和数量，而不是利用cu引起固溶强化增强合金强度。
21、本专利技术在传统7系铝合金(al-zn-mg-cu系合金)的基础上重新设计了合金成分，按质量百分比构成如下表1：
22、表1合金成分(质量分数，％)
23、 元素 zn mg cu mn cr si fe al 含量/％ 7.1～7.6 3.1～3.6 2.1.～2.5 0.2～0.5 0.1～0.2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种颗粒增强铝基复合材料的半固态流变成形方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的半固态流变成形方法，其特征在于包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的半固态流变成形方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的半固态流变成形方法，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的半固态流变成形方法，其特征在于：
6.根据权利要求2所述的半固态流变成形方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种颗粒增强铝基复合材料的半固态流变成形方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的半固态流变成形方法，其特征在于包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的半固态流变成形方法，其特征在于...
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