CN101386967A - 一种颗粒增强铝基复合材料尺寸稳定化处理工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，包括以下步骤：第一步骤：将颗粒增强铝基复合材料在500℃～530℃条件下进行固溶，固溶时间按0.67分钟/毫米计算；第二步骤：进行水淬；第三步骤：进行时效，时效温度为20℃～200℃，时效时间为5h～96h；第四步骤：置于液氮中，液氮温度为－196℃，保温20分钟～40分钟；第五步骤：置于高温恒温箱中，恒温箱温度设定在125℃～200℃；保温1.5～2.5小时；第六步骤：重复第四步骤、第五步骤两次。该处理工艺是采取固溶时效后进行高低温冷热循环的工艺，该处理工艺可有效地降低材料内部的残余应力，稳定材料内部位错组态，使材料具有良好的宏观的力学性能(抗拉强度、规定非比例延伸强度)和良好的尺寸稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、耐疲劳等优点，近年来逐渐发展成为应用于航空航天关键承载零部件的重要结构材料。随着航天技术的发展以及颗粒增强铝基复合材料在航天领域应用范围的扩大，航天器设计者对颗粒增强铝基复合材料的性能提出了更高的要求，不仅要求材料具有较高的力学性能，还要求材料在使用过程中应具有良好的尺寸稳定性。因此发明一种既能提高复合材料的常规力学性能又能提高复合材料的尺寸稳定性的稳定化处理工艺具有十分迫切的工程意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，能提高颗粒增强铝基复合材料的抗拉强度、规定非比例延伸强度等宏观力学性能，又能提高复合材料的尺寸稳定性。
为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：
一种颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，该方法包括以下步骤：
第一步骤：将颗粒增强铝基复合材料在500℃～535℃条件下进行固溶，固溶时间按t＝m×k计算，其中，t为固溶时间，单位是分钟；m为颗粒增强铝基复合材料的棒材的直径或饼材的厚度，单位均是毫米；k为0.6分钟/毫米～1分钟/毫米；
第二步骤：固溶后将颗粒增强铝基复合材料进行水淬；
第三步骤：水淬后将颗粒增强铝基复合材料进行时效，时效温度为20℃～200℃，时效时间为5h～96h；
第四步骤：时效后将颗粒增强铝基复合材料直接置于液氮中，液氮温度为-196℃，保温20分钟～40分钟；
第五步骤：再将颗粒增强铝基复合材料从液氮中取出，直接置于高温恒温箱中，恒温箱温度设定在125℃～200℃；保温1.5～2.5小时。
第六步骤：重复第四步骤、第五步骤两次。
在所述的第一步骤中，固溶时固溶温度允许在±5℃的范围内波动。
在所述的第四步骤中，时效时的时效温度允许在±1℃的范围内波动。
在所述的第五步骤中，高温恒温箱温度允许±1℃范围内波动。
上述的温度波动范围为温控仪表的温度波动范围，是由试验设备的精度所决定的，因此，选择试验设备要在上述的允许温度波动范围内的精度基础上进行选择。
在所述的第四步骤中，颗粒增强铝基复合材料是全部浸于液氮当中。
在所述的第一步骤中，t优选为0.6分钟/毫米～0.8分钟/毫米；t更优选为0.67分钟/毫米。
本发明所使用的颗粒增强铝基复合材料由增强体颗粒和铝合金基体组成，增强体颗粒弥散均匀分布于铝合金基体中，增强体颗粒在复合材料中体积百分比为10～35％，增强体颗粒为SiC、Al2O3和AlN中的任意一种，铝合金基体为硬铝(2×××)或锻铝(6×××)。
其中，增强体颗粒SiC、Al2O3、AlN具有高硬度、高弹性模量、低膨胀系数等特点；增强体颗粒与基体形成高强度的界面结合。
本发明的颗粒增强铝基复合材料尺寸稳定化处理工艺方法的优点是：该处理工艺是采取固溶时效后进行高低温冷热循环的工艺，该处理工艺可有效地降低材料内部的残余应力，稳定材料内部位错组态，使材料具有良好的宏观的力学性能(抗拉强度、规定非比例延伸强度)和良好的尺寸稳定性。
附图说明
图1为15％SiCp/2009复合材料稳定化处理前后的应力松弛对比曲线。
图2为25％AlNp/6061复合材料稳定化处理前后的应力松弛对比曲线。
具体实施方式
实施例1
本实施例1所实验的颗粒增强铝基复合材料为SiCp/2009复合材料，SiC颗粒弥散均匀分布于铝合金基体中，SiC颗粒的体积百分数为15％，复合材料为棒材，直径100mm，长度100mm。以下简称为复合材料。
具体实施方法：第一步：将复合材料进行510℃固溶处理，固溶时间为60～80分钟；第二步：水淬；第三步25℃时效96小时以上。第四步：将复合材料直接置于液氮中，液氮温度为-196℃，保温半个小时。第五步将复合材料从液氮中取出，直接置于高温恒温箱，恒温箱温度设定在150℃，保温两个小时。重复第四步，第五步两次。
经过以上方法处理后，复合材料的宏观力学性能和尺寸稳定性较挤压态得到了较大的提高，其具体性能表1和图1所示。
表1 15％SiCp/2009复合材料稳定化处理前后力学性能
实施例2
本实施例2所实验的颗粒增强铝基复合材料为AlNp/6061复合材料，AlN颗粒弥散均匀分布于铝合金基体中，AlN颗粒的体积百分数为25％，复合材料为棒材，直径50mm，长度100mm，以下简称为复合材料。
具体实施方法：第一步：将复合材料进行530℃固溶处理，固溶时间为30～50分钟；第二步：水淬；第三步175℃时效5小时。第四步：将复合材料直接置于液氮中，液氮温度为-196℃，保温半个小时。第五步将复合材料从液氮中取出，直接置于高温恒温箱，恒温箱温度设定在175℃。保温两个小时。重复第四步，第五步两次。
经过以上方法处理后，复合材料的宏观力学性能和尺寸稳定性较原始挤压态均有了得到了较大的提高，其具体性能表2和图2所示。
表2 25％AlNp/6061复合材料稳定化处理前后力学性能
通过研究表明，金属的应力松弛是在给定温度和总变形量不变的条件下应力随时间而降低的现象，可以用来表征金属材料在长期负载下的尺寸稳定性，本发明即是通过应力松弛试验来表征复合材料的尺寸稳定性的。通过研究还表明，在初始应力相同的情况下，经过相同的负载时间，剩余应力越高，则材料在长期负载下的尺寸稳定性越好。通过图1、图2表明，经过本发明的工艺方法进行尺寸稳定化处理的复合材料的剩余应力比原始挤压态的复合材料的剩余应力都高，说明经过本发明的工艺方法进行尺寸稳定化处理的复合材料在长期负载下的尺寸稳定性好。
Claims (6)
1一种颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
第一步骤：将颗粒增强铝基复合材料在500℃～535℃条件下进行固溶，固溶时间按t＝m×k计算，其中，t为固溶时间，单位是分钟；m为颗粒增强铝基复合材料的棒材的直径或饼材的厚度，单位均是毫米；k为0.6分钟/毫米～1分钟/毫米；
第二步骤：固溶后将颗粒增强铝基复合材料进行水淬；
第三步骤：水淬后将颗粒增强铝基复合材料进行时效，时效温度为20℃～200℃，时效时间为5h～96h；
第四步骤：时效后将颗粒增强铝基复合材料直接置于液氮中，液氮温度为-196℃，保温20分钟～40分钟；
第五步骤：再将颗粒增强铝基复合材料从液氮中取出，直接置于高温恒温箱中，恒温箱温度设定在125℃～200℃；保温1.5～2.5小时；
第六步骤：重复第四步骤、第五步骤两次。
2 根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，其特征在于：在所述的第一步骤中，固溶时固溶温度在±5℃的范围内波动。
3 根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，其特征在于：在所述的第四步骤中，时效时的时效温度在±1℃的范围内波动。
4 根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，其特征在于：在所述的第五步骤中，高温恒温箱温度波动在±1℃。
5 根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，其特征在于：在所述的第四步骤中，颗粒增强铝基复合材料是全部浸于液氮当中。
6 根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定化处理工艺方法，其特征在于：所使用的颗粒增强铝基复合材料由增强体颗粒和铝合金基体组成，增强体颗粒弥散均匀分布于铝合金基体中，增强体颗粒在复合材料中体积百分比为10～35％，增强体颗粒为SiC、Al2O3和AlN中的任意一种，铝合金基体为硬铝(2×××)或锻铝(6×××)。
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