一种原位反应制备铝基复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种原位反应制备铝基复合材料的方法，其特征在于：在待加工铝材表面开至少一道槽，形成加工区域；将待加工铝材置于搅拌摩擦加工机床上，并用夹具固定；将待与基体原位反应生成增强体的填料填入槽内压实，并与铝材表面平齐；利用与所述的加工区域大小匹配的搅拌头，对铝板进行多次搅拌摩擦加工处理，得到铝基复合材料。本发明专利技术制备的铝基复合材料，有效地降低了原位生成增强相的尺寸，提高了原位生成增强相的弥散程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及一种铝基复合材料的搅拌摩擦加工新方法，属于金属复合材料制备

技术介绍
金属基复合材料由于其所具有的高比模量，高比强度，良好的高温性能，更耐磨损，更耐疲劳，各向同性，以及制备成本低等特点而广泛应用于航空航天，汽车制造，武器装备等领域。这其中，铝基复合材料由于其质量小，密度低，可塑性强，易于加工等优势而成为金属基复合材料中最受关注，发展也最为迅速的材料之一。当前铝基复合材料的制备方法主要分为两大类一、纤维增强铝基复合材料的制备方法；二、颗粒增强铝基复合材料的制备方法。方法一的应用范围只限于几种特殊领域， 如航空航天领域；方法二的应用范围相当广泛，其具有制备工艺简单、增强体成本低廉等优点，实现工业化大批量生产的潜力更大。方法二包括液态金属浸渗、弥散混合工艺、原位反应复合工艺、粉末冶金、喷射沉积工艺等。原位反应制备金属基复合材料是一种通过制备过程中的化学反应在金属基体中直接生成增强相的方法。根据对现有技术的检索，江苏大学提供了一种跨尺度原位颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，见中国专利文献号CN201110287163，该方法将AI-Si合金熔化，按复合材料中不同尺度增强颗粒体积分数的配比要求，加入10 25wt%的SiO2进行熔化，升温到80(Γ850° C，保温精炼，随后进行超声作用，边超声处理边加入I 2被％的钛粉和O. 3 O.5wt%稀土。其工艺复杂，对设备要求较高。传统原位反应制备金属基复合材料的方法工艺复杂，成本较高，制备而成的材料增强相粗化、团聚严重，并且和基体相容性差，粘结力小。搅拌摩擦加工(Friction stir processing, FSP)是从搅拌摩擦焊接(FSW)技术发展而来，随着近年来的发展，国内外的研究人员利用搅拌摩擦加工，在金属材料的表面改性，超细晶材料的制备，超塑性材料的制备等领域都取得了突破性的进展。因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用原位反应，通过搅拌摩擦加工工艺制备铝基复合材料的新型工艺。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用原位反应，通过搅拌摩擦加工工艺制备铝基复合材料的新型工艺。为实现上述目的，本专利技术提供了一种原位反应制备铝基复合材料的加工方法，将搅拌摩擦加工工艺和原位反应法结合起来制备铝基复合材料的新方法。本专利技术提出的方法及工艺如下在待加工铝材表面开至少一道槽，形成加工区域；将待加工铝材置于搅拌摩擦加工机床上，并用夹具固定；将待与基体原位反应生成增强体的填料填入槽内压实，并与铝材表面平齐；利用与所述的加工区域大小匹配的搅拌头，对铝材进行多次搅拌摩擦加工处理，得到铝基复合材料。在本专利技术的较佳实施方式中，所述的待加工铝材为1060-H24纯铝板，厚度为2.7mm，在加工前经过清洗和打磨，去除杂质和氧化层。所述的填料为纯钛粉，平均颗粒度约为30 μ m。所述的搅拌摩擦加工处理过程中，搅拌头前进速度为50mm/min,搅拌头旋转速度为 1500rpm。所述的对铝材上所开的每道槽进行多次搅拌摩擦焊接处理为至少4道次。采用本专利技术制备的铝基复合材料，有效地降低了原位生成增强相的尺寸，提高了原位生成增强相的弥散程度，从而有效提高其力学性能。利用上述技术方案，即搅拌摩擦加 工工艺原位反应制备铝基复合材料相比于传统的方法，优势在于1.组织致密、晶粒细化、缺陷少、残余应力小、材料尺寸稳定性好；2.无需复杂的预处理，加工速度快、效率高；3.低成本，质量高而且节能环保；4.增强体尺寸小、弥散程度好，和基体的界面更加平整，具有更强的粘结力且相容性更好。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图I是本专利技术的一个较佳实施例的利用搅拌摩擦加工工艺原位反应制备铝基复合材料的透视图。图2是FSP前铝材的剖视图。图3是FSP后铝基复合材料的剖视图。图4是本专利技术的一个较佳实施例的铝基复合材料基体中纳米级增强相A13Ti粒子的SEM照片。图5是本专利技术的一个较佳实施例的铝基复合材料基体中纳米级增强相A13Ti粒子的TEM照片。具体实施例方式以下通过具体两个实施例对本专利技术的技术方案和效果作进一步的阐述。实施例I :如图I、图2、图3所示，在厚度为2. 7mm的待加工1060-H24纯铝板I表面附近开并列的多道槽2，每道槽的横截面尺寸为ImmXO. 5mm，沿铝板厚度方向为O. 5mm,形成多个加工区域；将待加工铝板I置于搅拌摩擦加工机床上，并用夹具固定；将待与基体Al原位反应生成纳米级增强相A13Ti粒子的填料纯钛粉3填入槽2内，压实，并与纯铝板I表面平齐；纯钛粉平均颗粒度约为30 μ m ;利用与所述的加工区域大小匹配的搅拌头4，对铝板I上的每道槽进行8道次搅拌摩擦焊接处理，得到A13Ti纳米颗粒增强铝基复合材料5 ;采取的搅拌头4前进速度为50mm/min,搅拌头4旋转速度为1500rpm。利用本专利技术所述具体实施例得到的A13Ti纳米颗粒增强铝基复合材料5，A13Ti尺寸小，达到纳米级别，在焊核区弥散分布，和基体的界面平整，粘结力强且相容性好，如图4、图5所示。实施例2 :在实施例I中，还可采用其他型号铝合金板材1，如1050，AA5083等纯铝板或高强铝合金板；采取的Ti粉平均颗粒度为10-80 μ m，甚至采取其他金属粉，如Ni等；采取的搅拌头4前进速度为2(T50mm/min，搅拌头4旋转速度为120(Tl500rpm，4 8道次搅拌摩擦加工处理均可以得到A13Ti纳米颗粒增强铝基复合材料5。以上洋细描述了本专利技术的两个较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本专利技术的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
中技术 人员依本专利技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位反应制备铝基复合材料的方法，其特征在于在待加工铝材(I)表面开至少一道槽(2)，形成加工区域；将待加工铝材(I)置于搅拌摩擦加工机床上，并用夹具固定；将待与基体原位反应生成增强体的填料(3)填入槽(2)内压实，并与铝材(I)表面平齐；利用与所述的加工区域大小匹配的搅拌头(4)，对铝材上所开的槽进行多次搅拌摩擦加工处理，得到铝基复合材料(5)。2.如权利要求I所述的原位反应制备铝基复合材料的方法，其特征在于所述的待加工铝材(I)为1060-H24纯铝板，厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈科，田胜，张澜庭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：