一种提高铝基复合材料塑性变形能力的方法技术

本发明专利技术涉及高塑性铝基复合材料的制备技术领域，特别涉及一种提高铝基复合材料塑性变形能力的方法。本发明专利技术对铝基复合材料施加磁场，通过控制磁场类型、磁感应强度、磁场作用时间、磁场与应力场的位相关系、铝基复合材料的温度和铝基复合材料的应变速率实现铝基复合材料延伸率的大幅提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高塑性铝基复合材料的制备
，特别涉及。
技术介绍
金属塑性加工是以材料高塑性为前提并在外力作用下进行的，从金属塑性加工的角度出发，具有高塑性变形能力将是材料的重要优势之一；但众所周知，对于金属材料，高强度和低塑性往往是伴生的，在实际生产中往往需要对“高强度、低塑性”材料进行塑性变形加工，目的在于改善制品尺寸或提高材料综合性能，因此探索一条行之有效的提高此类材料塑性变形能力的途径是非常迫切的；在备受关注的高性能铝材研究和应用领域中，在铝基复合材料出现之前，对铝材的研发和应用主要集中在不同系列铝合金方面，强化机制主要涉及固溶强化、析出相强化、细晶强化等方面，材料的强韧性和弹性模量在较长时间内停留在一个不太高的极值水平；近十余年来国家各主要支撑行业如轨道交通、军事国防的迅速发展对轻质高强韧铝材提出了迫切需求，在此应用背景下铝基复合材料应运而生，其中原位内生颗粒增强铝基复合材料满足了研发新材料新工艺必备的“高性能、高效率、低成本、低污染”的外在和内在需求，且日渐受到关注；从组织特征上看，内生颗粒尺寸细小且容易控制，基体与颗粒界面结合良好，无副产物生成，材料具有综合优异的使用性能，包括高比强度、高比刚度、高比模量、高耐磨、高耐腐蚀、低热膨胀(尺寸稳定性好)等，在轨道交通、航空航天、军事装备、电子器件等领域有着广泛应用前景；但研究同时也发现:因为硬质颗粒的存在弱化了材料塑性变形能力，复合材料的延展性远不及基体材料，较大程度上限制了复合材料在更广度和更深度层面的使用，因此亟待寻找一条能提高复合材料塑性变形能力的有效途径以弥补其塑性变形能力差之关键缺陷。目前来看，与材料高塑性变形能力直接相关的研究是超塑性材料；使金属具备超塑性的方法主要是使其发生特定的组织变性并获得晶粒直径IOum以下的稳定等轴超细晶粒；常采用剧烈变形方法通过大应变实现基体晶粒纳米化和超塑性，专利:CN200810230081.9 一种细晶超塑性耐热镁合金制备方法；专利CN200710011887.4 一种短流程细晶超塑性材料制备方法；专利CN200910183585.4基于多对轮轧制和等通道转角挤压的金属材料大应变加工方法，控制并优化超塑性变形时的温度、应变速率、加热方式等使金属更易获得超塑性；但对上述专利的分析可知:通过剧烈变形实现晶粒纳米化和超塑性的方法只适合于延展性好的合金，比如变形铝、镁和钛合金等，换句话说:通过晶粒纳米化实现塑性提高或者超塑性的途径只适合某些高塑性金属材料；并且在剧烈变形过程中材料尺寸变形、组织变形和残余应力都很大，对于有特殊要求的构件并不适合；因此针对此类构件探索一条“高性能、高效率、低成本、低污染”的加工途径非常有必要。【专利技术者】在前期研究中发现:对纳米颗粒`增强的多合金组分的金属基复合材料进行脉冲磁场冲击处理，在处理后组织中观察到位错的大量增殖和位错运动痕迹，并发现了层错和形变孪晶等多数在剧烈变形条件下才会出现的塑性变形特征，同时试样仍保留着原有的形状和尺寸，说明材料内部发生了实质性的塑性变形但外观尺寸上仍保持着原有特征，定义为是微塑性变形，计算结果显示此时磁压强只有几个兆帕，远达不到屈服点，认为磁场力效应不是造成材料塑性变形的诱因，从常规认识上看，材料塑性变形原因在于内应力和外应力，但磁场条件下磁压强未达到屈服应力值就有了塑性变形效果，表明常规意义下的塑性变形机制需要剖析和完善，必是因磁场的其他效应而导致的塑性变形，归因为是“磁致塑性效应”;本专利技术基于此效应，提供一种获得超塑性铝基复合材料的新方法。
技术实现思路
本专利技术通过在材料塑性变形过程中施加一定特征的电磁场，利用“磁致塑性效应”，实现提高材料塑性变形能力的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的: 第一步:铝基复合材料的制备。选择一定组分的铝合金作为基体，比如铸造铝合金ZLlOl或变形铝合金2024、6063或7055铝合金等，以颗粒或纤维增强金属基复合材料作为制备对象，增强相的引入方法有两种:外加法和内生法，内生法即是通过原位反应方法制备内生增强相；无论是外加法还是内生法，引入的增强相既要与基体有晶格匹配关系，即晶格错配度<5%，符合条件的增强相有 Al2O3' Al3Zr, Al3Ti 及其混杂相 Al3 (TixZr1^x) (0 < x < I)、TiB2' ZrB2 等；要求增强相具有微纳米尺寸，即增强相尺寸要求< I U m,采用外加法引入增强相时需要控制增强相的初始粒度< lum，如果是采用内生法引入增强相则分为两种情况:第一，某些内生增强相在铝熔体中生成后即具有微纳尺度特征，比如A1203、TiB2, ZrB2等；第二，对于金属间化合物，如Al3Z r、Al3Ti及其混杂相Al3(TixZivx) (0 < x < I),则要在合成过程中施加电磁场或超声场，促进增强相形核，减小增强相尺寸，通过控制物理场类型、强度和作用时间将增强相尺寸控制在< Ium水平，可选择方法为:(1)旋转电磁场，磁感应器强度范围0.4~0.5T，作用时间3~4min ;(2)超声场，超声强度范围1.3~1.6KW，作用时间3~4min ;再者要求增强相在在基体中弥散分布，以不出现局部团聚为准，若要定量衡量，则要求粒子与周围粒子最小间距> 0.5 ym，平均间距在I飞Pm为宜，主要通过快速凝固实现，比如采用铜模铸造或半连续铸造方法。第二步:根据基体特性，对复合材料进行前期处理。如果是铸造合金，要按照基体常规热处理制度进行固溶时效处理，一般定义为T6处理，比如对于ZL101，720°C铸造后先经过535°C X6h的固溶处理，水冷后再经过180°C X6h的时效处理，属常规热处理制度；如果是变形铝合金，按照常规要先经过均质退火处理和挤压或轧制变形加工，再进行固溶时效处理，如对于7055铝合金，在铸造后，先经过450°C X24h的均质退火处理，之后进行挤压或轧制变形加工，再经过475°C X2h的固溶处理，水冷后再进行120°C X24h的时效处理。第三步:进行“磁致塑性变形”，改善铝基复合材料的塑性变形能力，在特定磁场条件下对固相材料进行处理，磁场条件主要包括: (I)磁场类型:可选择的磁场类型有直流静强磁场和脉冲强磁场，无论对于直流静强磁场还是脉冲磁场，适宜的磁感应强度范围均为f 50T，在该范围内随着磁感应强度增加，材料塑性变形能力增加；(2)磁场作用时间:磁场作用时间因磁场类型不同选择不同计量方法， 对于直流静强磁场，处理时间在30^2008为宜，随处理时间增加，材料塑性变形能力增加；对于脉冲强磁场，脉冲个数2(T200个为宜，随着脉冲数量增加，材料塑性变形能力增加； (3)材料温度:材料温度对磁致塑性效应有影响，低于常温温度时对改 善材料塑性变形能力的效果更好，在173IT273K (K是热力学温标)范围内，温度越低，材料塑性变形能力越强； (4)磁场应力场位相关系:主要指磁场方向与应力场(主要是拉伸)方 向二者之间的垂直或平行关系。两种方式都有助于提高材料塑性变形能力，垂直方式较平行方式对改善塑性变形能力的效果更好，延伸率增幅值提高约10%。(5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铝基复合材料塑性变形能力的方法，其特征在于：对铝基复合材料施加磁场，通过控制磁场类型、磁感应强度、磁场作用时间、磁场与应力场的位相关系、铝基复合材料的温度和铝基复合材料的应变速率实现铝基复合材料延伸率的大幅提高。

【技术特征摘要】
1.一种提高铝基复合材料塑性变形能力的方法，其特征在于:对铝基复合材料施加磁场，通过控制磁场类型、磁感应强度、磁场作用时间、磁场与应力场的位相关系、铝基复合材料的温度和铝基复合材料的应变速率实现铝基复合材料延伸率的大幅提高。2.如权利要求1所述的一种提高铝基复合材料塑性变形能力的方法，其特征在于:所述磁场类型为直流静强磁场或脉冲磁场，适宜的磁感应强度范围为f50T ;随着磁感应强度增加，铝基复合材料的塑性变形能力增加。3.如权利要求2所述的一种提高铝基复合材料塑性变形能力的方法，其特征在于:所述直流静强磁场，处理时间在30^2008，随处理时间增加，材料塑性变形能力增加；所述脉冲强磁场，脉冲个数2(T200个，随着脉冲数量增加，材料塑性变形能力增加。4.如权利要求1所述的一种提高铝基复合材料塑性变形能力的方法，其特征在于:对铝基复合材料施加磁场时，应控制铝基复合材料的温度为173IT常温，在该温度范围内随着温度降低，材料塑性变形能力增加。5.如权利要求1所述的一种提高铝基复合材料塑性变形能力的磁方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂荣，王宏明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：