CN108914028A - 一种高强高韧的铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种高强高韧的铝合金复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108914028A CN108914028A CN201810644537.XA CN201810644537A CN108914028A CN 108914028 A CN108914028 A CN 108914028A CN 201810644537 A CN201810644537 A CN 201810644537A CN 108914028 A CN108914028 A CN 108914028A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- tic
- carbon fiber
- aluminium alloy
- material according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 22
- 241000108463 Hygrophila <snail> Species 0.000 claims abstract description 17
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 24
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 14
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 14
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 10
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 10
- 238000001540 jet deposition Methods 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 claims description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000009514 concussion Effects 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004616 Pyrometry Methods 0.000 description 1
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
- C22C49/06—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/04—Pretreatment of the fibres or filaments by coating, e.g. with a protective or activated covering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/16—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by thermal spraying of the metal, e.g. plasma spraying
- C22C47/18—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by thermal spraying of the metal, e.g. plasma spraying using a preformed structure of fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开一种钻杆用高强高韧铝基复合材料及制造方法，该复合材料由基材、连续纤维和颗粒增强体三部分组成，其中基材成分各质量分数为Cu3.8～4.9％、Mg1.2～1.8％、Mn0.30～0.90％，其余为Al。连续纤维增强体为碳纤维束丝占基材体积百分数的30～50％，颗粒增强体为TiC占基材体积分数的8～15％。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种高强高韧的铝合金复合材料及制造方法。
背景技术
随着社会发展人口日益增长，对资源需求越来越多，当前近地表资源已经开采过度，为了满足社会发展需求必须向地球深部寻找资源。当钻井不断加深，需要不断连接钻杆来延长钻柱其自重不断增加，仅靠发展大规格钻机完成深井和超深井的钻探是很困难的，尤其当钻井超过某一深度时，钻柱自重能使钻杆发生时效破坏，何况还存在裸眼井段长、井壁稳定性差、井内环境温度高等恶劣工况。因此，铝合金钻杆已经逐渐替代了钢钻杆，由于铝合金重量轻、抗腐蚀性强、比强度高、耗能低等优点，尤其在水平井、科学超深井、大位移井、地球深部钻探具有很大优势。但是铝合金钻杆也有很大的缺点就是耐高温性差，深井井底地温高达300℃，压力可达200MPa。高温高压作用下钻杆耐磨性、屈服强度等都会衰减，降低其承载能力增加事故隐患。因此，开发高强高韧铝基复合材料对提升铝合金钻杆在深井、大位移水平井和超深井油气钻探广泛应用的关键。
目前公知的钻杆用高强高韧铝基复合材料主要制备方法是采用浇注和热挤压法。该方法制备的铝基复合材料晶粒粗大，强度和韧性不能满足钻杆的使用要求。经对现有技术文献的检索发现，中国专利公告号为:CN106399773A，公告日为：2017.02.15，发明名称为:一种高强高韧铝合金型材，该方法将原料熔炼后进行浇铸，均匀化处理后置于挤压机上挤压，挤压结束后在线风冷淬火，此后进行时效处理，再进行表面处理得到所述高强高韧铝合金型材。缺点在于所测试的抗拉强度、屈服强度和延伸率仅室温条件下满足钻杆使用要求，未测高温下力学性能。中国专利公告号为:CN106282696A，公告日为：
2017.01.04，发明名称为:一种高强高韧铝合金，该发明缺点在于制备的铝合金材料抗拉强度、屈服强度低，在室温条件下都不能满足钻杆使用要求。
发明内容
本发明针对以上缺点从改善铝合金材料本质和成型方法出发，以铝合金为基材，采用碳纤维束线和TiC颗粒为增强体，采用喷射沉积增材制造和热挤压工艺制备高强高韧的钻杆用铝基复合材料。所添加的碳纤维束线经过预处理后不仅具有优异的强度和韧性，而且损伤小。所添加的TiC具有高硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀、高温热稳定性，与铝合金基体间的界面润湿性与相容性好。另外，碳纤维束线和TiC颗粒可以起到协同增强作用。因此，本发明制备的钻杆用铝基复合材料具有高强度和高韧性。
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，通过连续纤维和颗粒两种增强体的协同作用提高其强度和韧性。本发明提供一种钻杆用高强高韧铝基复合材料及增材制造方法。实现本发明技术问题所采取的技术方案是：采用铝合金为基材，采用碳纤维束线和TiC颗粒为增强体，采用喷射沉积增材制造制备铝基复合材料铸坯。然后对铸坯进行热挤压致密化处理，挤压成管材。最后对管材进行二级固溶时效热处理，即得高强度高韧性的钻杆用铝基复合材料。具体的技术方案为：
本发明提供一种高强高韧的铝合金复合材料，该复合材料由基材和增强体组成，所述基材为铝合金，所述增强体为碳纤维束丝和TiC颗粒。
本发明优选的碳纤维束丝和TiC颗粒占基材体积百分数为30～50％和8～15％。
本发明优选的所述的碳纤维束丝包含500～1000根单纤维，单根纤维直径为5～10μm。
本发明优选的所述的铝合金中各元素的质量分数为Cu 3.8～4.9％、Mg 1.2～1.8％、Mn 0.30～0.90％，其余为Al。
本发明优选的所述的TiC颗粒粒径为10～20μm。
本发明提供一种复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将碳纤维束丝缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，铝合金芯棒不断做周向旋转，旋转速度5mm/s；将纯Al在坩埚熔炼炉熔化，加注到金属液包中，通入气压为0.7～0.85Mpa的高压氮气将金属液雾化，在雾化器通入氧气与纯Al液滴发生氧化反应，沉积距离为400～450mm，在芯棒表面沉积形成Al2O3涂层获得了预置芯棒；
2)将Al、Cu、Mn、Mg金属块按质量分数进行配制原料，添加到坩埚熔炼炉熔化，获得的铝合金液体注入到金属液包中，备用；
3)将TiC颗粒在球磨机中以100～150rpm转速机械球磨1～2h后粒度达到10～20μm；TiC粉末超声震荡充分搅拌加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中；
4)将步骤3)和步骤2)中的输送器和雾化器同时通入气压为0.7～0.85MPa氮气，将铝合金液和TiC粉末同时雾化，沉积在周向旋转的步骤1)所得的预置芯棒上获得铸坯，芯棒旋转速度5mm/s；
5)将步骤4)获得的铸坯放到热挤压机中预热至450～500℃，保温30min，在温度为520℃，挤压比为20～30，挤压速度为1～3mm/s的条件下热挤压成管材；
6)将步骤5)获得的挤压管材进行第一级固溶处理，固溶温度470±5℃，保温时间2h；第一级固溶处理后的管材进行第二级固溶处理，固溶温度490±5℃，保温时间1h，室温水冷，转移时间≤12s；
7)将步骤6)中第二级固溶处理后的管材进行人工时效处理，时效温度190±5℃，保温时间12h。
本发明提供该复合材料在制备高强高韧的钻杆中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明以铝合金为基材，采用碳纤维束线和TiC颗粒为增强体，采用喷射沉积增材制造和热挤压工艺制备高强高韧的钻杆用铝基复合材料。所添加的碳纤维束线经过预处理后不仅具有优异的强度和韧性，而且损伤小。所添加的TiC具有高硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀、高温热稳定性，与铝合金基体间的界面润湿性与界面相容性好。另外，碳纤维束线和TiC颗粒可以起到协同增强作用。因此，本发明制备的钻杆用铝基复合材料具有高强度和高韧性。
附图说明
图1：本发明的高强度高弹性的钻杆用铝基复合材料制备工艺流程图；图2：本发明的固液同步同位雾化装置工作原理示意图；图中：1-固体颗粒，2-铝合金液，3-固体颗粒流化输送器，4-金属液包，5-关闭阀，6-密封塞,7-雾化器，8-冷却器,9-碳纤维束丝，10-铝合金芯棒,11-输气管
具体实施方式
下面结合施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限制于以下实施例。
实施例1：一种具有高强度和高韧性的钻杆用铝基复合材料及增材制造方法，具体步骤如下：
1)将碳纤维束丝按基材体积百分数的30％缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，铝合金芯棒不断做周向旋转，旋转速度5mm/s；将纯Al在坩埚熔炼炉熔化，加注到金属液包中，通入气压为0.7～0.85Mpa的高压氮气将金属液雾化，在雾化器通入氧气与纯Al液滴发生氧化反应，沉积距离为400mm，在芯棒表面沉积形成Al2O3涂层获得了预置芯棒；
2)将Al、Cu、Mn、Mg金属块按质量分数进行配制原料，添加到坩埚熔炼炉熔化，获得的铝合金液体注入到金属液包中，备用；
3)将TiC颗粒在球磨机中以100～150rpm转速机械球磨1～2h后粒度达到10～20μm；TiC粉末超声震荡充分搅拌按基材体积分数的8％加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中；
4)将步骤3)和步骤2)中的输送器和雾化器同时通入气压为0.7～0.85MPa氮气，将铝合金液和TiC粉末同时雾化，沉积在周向旋转的步骤1)所得的预置芯棒上获得铸坯，芯棒旋转速度5mm/s；
5)将步骤4)获得的铸坯放到热挤压机中预热至450℃，保温30min，在温度为520℃，挤压比为20，挤压速度为1～3mm/s的条件下热挤压成管材；
6)将步骤5)获得的挤压管材进行第一级固溶处理，固溶温度470±5℃，保温时间2h；第一级固溶处理后的管材进行第二级固溶处理，固溶温度490±5℃，保温时间1h，室温水冷，转移时间≤12s；
7)将步骤6)中第二级固溶处理后的管材进行人工时效处理，时效温度190±5℃，保温时间12h。
实施例2：一种具有高强度和高韧性的钻杆用铝基复合材料及增材制造方法，具体步骤如下：
1)将碳纤维束丝按基材体积百分数的40％缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，铝合金芯棒不断做周向旋转，旋转速度5mm/s；将纯Al在坩埚熔炼炉熔化，加注到金属液包中，通入气压为0.7～0.85Mpa的高压氮气将金属液雾化，在雾化器通入氧气与纯Al液滴发生氧化反应，沉积距离为450mm，在芯棒表面沉积形成Al2O3涂层获得了预置芯棒；
2)将Al、Cu、Mn、Mg金属块按质量分数进行配制原料，添加到坩埚熔炼炉熔化，获得的铝合金液体注入到金属液包中，备用；
3)将TiC颗粒在球磨机中以100～150rpm转速机械球磨1～2h后粒度达到10～20μm；TiC粉末超声震荡充分搅拌按基材体积分数的12％加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中；
4)将步骤3)和步骤2)中的输送器和雾化器同时通入气压为0.7～0.85MPa氮气，将铝合金液和TiC粉末同时雾化，沉积在周向旋转的步骤1)所得的预置芯棒上获得铸坯，芯棒旋转速度5mm/s；
5)将步骤4)获得的铸坯放到热挤压机中预热至450℃，保温30min，在温度为520℃，挤压比为30，挤压速度为3mm/s的条件下热挤压成管材；
6)将步骤5)获得的挤压管材进行第一级固溶处理，固溶温度470±5℃，保温时间2h；第一级固溶处理后的管材进行第二级固溶处理，固溶温度490±5℃，保温时间1h，室温水冷，转移时间≤12s；
7)将步骤6)中第二级固溶处理后的管材进行人工时效处理，时效温度190±5℃，保温时间12h。
实施例3：一种具有高强度和高韧性的钻杆用铝基复合材料及增材制造方法，具体步骤如下：
1)将碳纤维束丝按基材体积百分数的50％缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，铝合金芯棒不断做周向旋转，旋转速度5mm/s；将纯Al在坩埚熔炼炉熔化，加注到金属液包中，通入气压为0.7～0.85Mpa的高压氮气将金属液雾化，在雾化器通入氧气与纯Al液滴发生氧化反应，沉积距离为430mm，在芯棒表面沉积形成Al2O3涂层获得了预置芯棒；
2)将Al、Cu、Mn、Mg金属块按质量分数进行配制原料，添加到坩埚熔炼炉熔化，获得的铝合金液体注入到金属液包中，备用；
3)将TiC颗粒在球磨机中以100～150rpm转速机械球磨1～2h后粒度达到10～20μm；TiC粉末超声震荡充分搅拌按基材体积分数的15％加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中；
4)将步骤3)和步骤2)中的输送器和雾化器同时通入气压为0.7～0.85MPa氮气，将铝合金液和TiC粉末同时雾化，沉积在周向旋转的步骤1)所得的预置芯棒上获得铸坯，芯棒旋转速度5mm/s；
5)将步骤4)获得的铸坯放到热挤压机中预热至450℃，保温30min，在温度为520℃，挤压比为25，挤压速度为2mm/s的条件下热挤压成管材；
6)将步骤5)获得的挤压管材进行第一级固溶处理，固溶温度470±5℃，保温时间2h；第一级固溶处理后的管材进行第二级固溶处理，固溶温度490±5℃，保温时间1h，室温水冷，转移时间≤12s；
7)将步骤6)中第二级固溶处理后的管材进行人工时效处理，时效温度190±5℃，保温时间12h。
对比例1：只调整步骤1)中的碳纤维束丝按基材体积百分数的25％缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，其余步骤同实施例3，制得对比例1复合材料。
对比例2：只调整步骤1)中的碳纤维束丝按基材体积百分数的55％缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，其余步骤同实施例3，制得对比例2复合材料。
对比例3：只调整步骤3)中的TiC粉末超声震荡充分搅拌按基材体积分数的7％加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中，其余步骤同实施例3，制得对比例3复合材料。
对比例4：只调整步骤3)中的TiC粉末超声震荡充分搅拌按基材体积分数的16％加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中，其余步骤同实施例3，制得对比例4复合材料。
对上述实施例1-3制备的铝基复合材料、对比例1-4制备的复合材料在高温300℃条件下暴露500h后的室温拉伸试验。力学性能测试结果见下表。
| 实施例 | 抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 延伸率％ |
| 实施例1 | 600.3 | 577.1 | 10 |
| 实施例2 | 670.1 | 640.2 | 8 |
| 实施例3 | 750.7 | 710.5 | 6 |
| 对比例1 | 321.7 | 259.8 | 3 |
| 对比例2 | 413.5 | 381.7 | 5 |
| 对比例3 | 255.8 | 242.8 | 5 |
| 对比例4 | 338.6 | 309.1 | 4 |
由上表可知，说明TiC粉末和碳纤维束丝的加入比例对于复合材料的性能影响较大，按照本发明的比例即粉末碳纤维束丝和TiC分别基材的体积百分数为30～50％和8～15％制备的实施例1-3的复合材料在抗拉强度、屈服强度方面明显好于对比例1-4制备的符合材料，而在本发明范围之外，即碳纤维束丝和TiC加入过多、或过少均对制备的复合材料的性能有较大的影响。
Claims (7)
1.一种高强高韧的铝合金复合材料，其特征在于，该复合材料由基材和增强体组成，所述基材为铝合金，所述增强体为碳纤维束丝和TiC颗粒。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，在复合材料中碳纤维束丝和TiC颗粒所占基材的体积百分数为30～50％和8～15％。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的碳纤维束丝包含500～1000根单纤维，单根纤维直径为5～10μm。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的铝合金中各元素的质量分数为Cu 3.8～4.9％、Mg 1.2～1.8％、Mn 0.30～0.90％，其余为Al。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的TiC颗粒粒径为10～20μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将碳纤维束丝缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，铝合金芯棒不断做周向旋转，旋转速度5mm/s；将纯Al在坩埚熔炼炉熔化，加注到金属液包中，通入气压为0.7～0.85Mpa的高压氮气将金属液雾化，在雾化器通入氧气与纯Al液滴发生氧化反应，沉积距离为400～450mm，在芯棒表面沉积形成Al2O3涂层获得了预置芯棒；
2)将Al、Cu、Mn、Mg金属块按质量分数进行配制原料，添加到坩埚熔炼炉熔化，获得的铝合金液体注入到金属液包中，备用；
3)将TiC颗粒在球磨机中以100～150rpm转速机械球磨1～2h后粒度达到10～20μm；TiC粉末超声震荡充分搅拌加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中；
4)将步骤3)和步骤2)中的输送器和雾化器同时通入气压为0.7～0.85MPa氮气，将铝合金液和TiC粉末同时雾化，沉积在周向旋转的步骤1)所得的预置芯棒上获得铸坯，芯棒旋转速度5mm/s；
5)将步骤4)获得的铸坯放到热挤压机中预热至450～500℃，保温30min，在温度为520℃，挤压比为20～30，挤压速度为1～3mm/s的条件下热挤压成管材；
6)将步骤5)获得的挤压管材进行第一级固溶处理，固溶温度470±5℃，保温时间2h；第一级固溶处理后的管材进行第二级固溶处理，固溶温度490±5℃，保温时间1h，室温水冷，转移时间≤12s；
7)将步骤6)中第二级固溶处理后的管材进行人工时效处理，时效温度190±5℃，保温时间12h。
7.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料在制备钻杆中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810644537.XA CN108914028B (zh) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 一种高强高韧的铝合金复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810644537.XA CN108914028B (zh) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 一种高强高韧的铝合金复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108914028A true CN108914028A (zh) | 2018-11-30 |
| CN108914028B CN108914028B (zh) | 2021-04-13 |
Family
ID=64422201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810644537.XA Active CN108914028B (zh) | 2018-06-21 | 2018-06-21 | 一种高强高韧的铝合金复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108914028B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111593242A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-28 | 宁波吉胜铸业有限公司 | 一种铝合金机器人手臂 |
| CN111690857A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-09-22 | 宁波华源精特金属制品有限公司 | 一种发动机连杆 |
| CN112725662A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 烟台慧博特产业研究院有限公司 | 一种强度高、耐热铸造铝合金材料及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4929513A (en) * | 1987-06-17 | 1990-05-29 | Agency Of Industrial Science And Technology | Preform wire for a carbon fiber reinforced aluminum composite material and a method for manufacturing the same |
| JPH06234061A (ja) * | 1992-08-11 | 1994-08-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 集電装置用すり板 |
| CN1363706A (zh) * | 2001-12-11 | 2002-08-14 | 上海交通大学 | 喷射共沉积准晶颗粒增强铝基复合材料的制作工艺 |
| CN101967595A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-02-09 | 沈阳工业大学 | 喷射沉积纳米颗粒增强锌基复合材料及其制备方法 |
| CN101992567A (zh) * | 2009-08-26 | 2011-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法 |
| CN106544604A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-03-29 | 淮海工学院 | 一种纤维增强金属基复合材料的制备方法及装置 |
-
2018
- 2018-06-21 CN CN201810644537.XA patent/CN108914028B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4929513A (en) * | 1987-06-17 | 1990-05-29 | Agency Of Industrial Science And Technology | Preform wire for a carbon fiber reinforced aluminum composite material and a method for manufacturing the same |
| JPH06234061A (ja) * | 1992-08-11 | 1994-08-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 集電装置用すり板 |
| CN1363706A (zh) * | 2001-12-11 | 2002-08-14 | 上海交通大学 | 喷射共沉积准晶颗粒增强铝基复合材料的制作工艺 |
| CN101992567A (zh) * | 2009-08-26 | 2011-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 一种不锈钢/铝复合材料及其制备方法 |
| CN101967595A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-02-09 | 沈阳工业大学 | 喷射沉积纳米颗粒增强锌基复合材料及其制备方法 |
| CN106544604A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-03-29 | 淮海工学院 | 一种纤维增强金属基复合材料的制备方法及装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111593242A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-28 | 宁波吉胜铸业有限公司 | 一种铝合金机器人手臂 |
| CN111690857A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-09-22 | 宁波华源精特金属制品有限公司 | 一种发动机连杆 |
| CN112725662A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 烟台慧博特产业研究院有限公司 | 一种强度高、耐热铸造铝合金材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108914028B (zh) | 2021-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210164295A1 (en) | Metal Matrix Compositions and Methods for Manufacturing Same | |
| US11649526B2 (en) | Degradable metal matrix composite | |
| CN108914028A (zh) | 一种高强高韧的铝合金复合材料及其制备方法 | |
| US20180326541A1 (en) | Erosion resistant hard composite materials | |
| US9803439B2 (en) | Ferrous disintegrable powder compact, method of making and article of same | |
| CN108998712B (zh) | 一种可溶桥塞用复合材料及其制备方法 | |
| CN1333150C (zh) | 金属熔化钻孔方法及其钻孔设备 | |
| CN108893641A (zh) | 一种具有自润滑的铝合金复合材料及其制备方法 | |
| AU2012261560B2 (en) | Erosion resistant hard composite materials | |
| US20050109545A1 (en) | Barrier Coated Granules for Imporve Hardfacing Material | |
| US8381845B2 (en) | Infiltrated carbide matrix bodies using metallic flakes | |
| CN108588501B (zh) | 一种具有固体自润滑性铝合金复合材料及其制备方法 | |
| US9506296B2 (en) | Drill bit alloy | |
| US8617289B2 (en) | Hardfacing compositions for earth boring tools | |
| CN111304511A (zh) | 一种油气开采用镁合金材料及其制备方法和应用 | |
| CN112746814A (zh) | 一种耐高温耐磨型聚晶金刚石复合片及其制备方法 | |
| CN108754358B (zh) | 一种耐低温铝合金复合材料及其制备方法 | |
| CN108893699A (zh) | 一种耐海水腐蚀的铝合金复合材料及其制备方法 | |
| CN108624829B (zh) | 一种高弹性铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN112981178B (zh) | 锌基可溶解金属材料及其制备加工方法 | |
| US20150114720A1 (en) | Inhibition of Microfissure Formation in Wear Resistant Coatings | |
| CN108715980A (zh) | 一种耐高温铝合金复合材料及其制备方法 | |
| CN112030049A (zh) | 一种可控溶解镁合金材料及其制备方法 | |
| CN114559031B (zh) | 高速激光熔覆合金粉末、其制备方法、涂层及应用 | |
| CN108817393A (zh) | 一种耐碱性铝合金复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |