CN101560617A - 一种铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，包括以下步骤：①在一基体材料铝板上成型若干小孔，将增强颗粒置于所述小孔中，形成中间板材；②将所述中间板材夹设于与所述基体材料铝板成分相同的表层铝板之间，形成复合板材；③利用搅拌头对所述复合板材进行搅拌摩擦处理得到铝基复合材料板材。利用本发明制备的Ti/Al复合板材，Ti颗粒在整个板材中均匀分布，Ti颗粒明显细化，大尺寸颗粒减少。制备出的铝基复合材料硬度高，约为基体硬度2－3倍。
Description
技术领域
本发明涉及铝基复合材料制备方法的技术领域，尤其涉及一种铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法。
背景技术
金属基复合材料具有高的比模量、比强度，优异的高温力学性能以及良好的耐磨性，尺寸稳定性、抗疲劳、热膨胀系数小等特点而广泛地应用于航空航天、汽车、军事等领域。目前铝基复合材料已在国内外受到普遍重视，成为当前金属基复合材料发展和研究的主流。颗粒增强铝基复合材料和纤维增强铝基复合材料相比，具有各向同性、可以进行二次加工以及成本低廉的优势。和普通铝合金相比，颗粒增强铝基复合材料具有更高的使用温度，模量和强度大幅提高，更好的抗磨损性能，更低的热膨胀系数。用颗粒增强铝基复合材料已成功地制造了导弹壳体、轻型坦克履带板、雷达天线、穿甲弹托、导弹镶嵌结构等军工产品。
目前用于生产颗粒增强铝基复合材料的工艺方法大体可分为四类：液态工艺(搅拌铸造、液态金属浸渗、挤压铸造等)、固态法(粉末冶金等)、双相(固液)法(喷射共沉积、半固态加工等)、原位复合法。但该类方法不仅工艺复杂，成本较高，而且存在增强体和基体相容性较差，结合不良等问题。
搅拌摩擦工艺(Friction Stir Processing：FSP)是从搅拌摩擦焊接技术(FSW)扩展而来。搅拌摩擦工艺具有参数简单易调节，试样几乎无变形，温度低等优点。随着对FSW技术的不断开发，国外利用搅拌摩擦工艺在材料表面改性、超塑性材料制备、复合材料制备等领域进行了许多有益探索，但制备的一些复合材料，仅限于板材表面的局部强化。目前没有一种能够利用FSP固相成形技术进行颗粒增强铝基复合材料板材的制备的方法。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够有效避免焊接接头应力集中，提高焊接接头质量的搅拌摩擦焊搅拌头及焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，包括以下步骤：①在一基体材料铝板上成型若干小孔，将增强颗粒置于所述小孔中，形成中间板材；②将所述中间板材夹设于与所述基体材料铝板成分相同的表层铝板之间，形成复合板材；③利用搅拌头对所述复合板材进行搅拌摩擦处理得到铝基复合材料板材。
所述增强颗粒为钛粉。所述钛粉预先用酒精混合并研磨、搅拌成糊状。所述钛粉的粒径为30-100微米。
所述中间板材的厚度为1-3毫米。所述小孔为直径为1-5毫米的圆孔。
所述铝板为纯铝、防锈铝或高强铝，所述小孔在所述基体材料铝板上均匀分布。
还具有在搅拌摩擦处理前进行预热的步骤。所述搅拌头的转动速度为200-1000转/分钟，前进速度为2-10毫米/分钟，压入量为0.1-1毫米。
所述步骤③中的搅拌摩擦处理为两面交替进行2-6次。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：利用本发明制备的Ti/Al复合板材，Ti颗粒在整个板材中均匀分布，Ti颗粒明显细化，大尺寸颗粒减少。制备出的铝基复合材料硬度高，约为基体硬度2-3倍。并且本发明的工艺步骤简单，快捷，适合于工业生产。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的工作原理示意图；
图中附图标记表示为：1-搅拌头，2-复合板材，3-小孔。
具体实施方式
本实施例的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，包括以下步骤：①在一厚度为2毫米的基体材料铝板(纯铝板)上均匀成型若干直径为1-5毫米的圆形小孔，将粒径为30-100微米的钛粉预先用酒精混合并研磨、搅拌成糊状，然后置于所述小孔中，形成中间板材；②将所述中间板材夹设于与所述基体材料铝板成分和规格都相同的表层铝板之间，形成复合板材；③利用搅拌摩擦焊机搅拌头对所述复合板材进行搅拌摩擦处理得到铝基复合材料板材。在所述搅拌摩擦处理前还可进行预热。搅拌摩擦处理时所述搅拌头的转动速度为800转/分钟，前进速度为5毫米/分钟，压入量为0.5毫米。搅拌摩擦处理时将复合板材正反两面交替进行搅拌摩擦3次(更利于钛粉的均匀)。得到的Ti/Al复合板材，Ti颗粒在整个板材中均匀分布，Ti颗粒明显细化，大尺寸颗粒减少。制备出的铝基复合材料硬度高，约为基体硬度2-3倍。
本实施例中的板材尺寸可以为长(100～1200)mm×宽(100～1200)mm。所述铝板还可以为如5052 5A06，2219等纯铝、防锈铝或高强铝等。
采用搅拌摩擦工艺制备Ti/Al复合材料时，板材质量随搅拌头转动速度的升高和前进速度的降低而提高，压入量过大或过小都会使板材质量降低，因此，在其他实施例中，搅拌头的转动速度为200-1000rpm、前进速度为2-10mm/min、压入量为0.1-1mm，搅拌次数为2-6次均可以得到理想的铝基复合材料。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，包括以下步骤：①在一基体材料铝板上成型若干小孔，将增强颗粒置于所述小孔中，形成中间板材；②将所述中间板材夹设于与所述基体材料铝板成分相同的表层铝板之间，形成复合板材；③利用搅拌头对所述复合板材进行搅拌摩擦处理得到铝基复合材料板材。
2.根据权利要求1所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述增强颗粒为钛粉。
3.根据权利要求2所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述钛粉预先用酒精混合并研磨、搅拌成糊状。
4.根据权利要求3所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述钛粉的粒径为30-100微米。
5.根据权利要求1-4中任一所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述中间板材的厚度为1-3毫米。
6.根据权利要求5所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述小孔为直径为1-5毫米的圆孔。
7.根据权利要求5所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述铝板为纯铝、防锈铝或高强铝，所述小孔在所述基体材料铝板上均匀分布。
8.根据权利要求5所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，还具有在搅拌摩擦处理前进行预热的步骤。
9.根据权利要求8所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述搅拌头的转动速度为200-1000转/分钟，前进速度为2-10毫米/分钟，压入量为0.1-1毫米。
10.根据权利要求5所述的铝基复合材料板材的搅拌摩擦制备方法，其特征在于，所述步骤③中的搅拌摩擦处理为两面交替进行2-6次。
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