CN110064655B - 铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法，包括如下步骤：步骤一：将TiC颗粒均匀地撒在经表面处理后的铝锂合金板材上；步骤二：将撒满TiC颗粒的铝锂合金板材叠起来且两端固定；步骤三：将步骤二得到的板材预加热处理后下压轧制结合；步骤四：将步骤三轧制结合得的板材重复步骤一至三，得到多层铝锂合金/TiC复合材料。本发明固态复合一体化技术由于其制备速度快、无需任何气体保护气氛且只需传统的轧制即可实现制备陶瓷颗粒增强的金属基复合材料，具有重要的实用价值；TiC颗粒增强铝锂铜镁锆复合材料获得了优良的力学性能，尤其是界面结合强度。

Description

铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法
技术领域
本发明涉及一种轧制固态复合一体化方法，尤其涉及一种铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法，属于复合材料技术制备领域。
背景技术
铝锂合金因其低密度、高弹性模量及良好的低温性能等成为了理想的航空航天轻质高强结构材料。近年来，铝基复合材料以其优良的强度、良好的耐磨性和高的比模量等特性，在各种各样的应用领域得到了广泛的关注。
累积叠轧(ARB)技术是由日本大阪大学的Saito教授在1998年首次提出的，并利用这种工艺在50％的压下量时成功使纯铝的晶粒尺寸细化至1μm以下，获得了具有超细晶组织的块体材料。ARB过程既是一种常规轧制变形过程，又是一种扩散连接过程，具有成本低、工艺简单、可制备大尺寸超细晶板带材、易实现工业化生产等特点。利用ARB技术制备的超细晶材料具有很好的强韧性。在ARB过程中，影响合金力学性能的主要因素除了晶粒尺寸和织构外，叠层之间的界面结合状况以及界面处形成的金属间化合物也是重要影响因素。
TiC以其低密度、高硬度、高熔点和良好的热稳定性等优点成为多种金属基复合材料中重要的颗粒增强相，有许多研究者以TiC颗粒作为增强相制备出许多具有优异性能的Ti、Fe、Al、Mg等金属基复合材料。同样，TiC颗粒增强Al基复合材料也具有优良的机械性能、耐磨性能和抗高温蠕变性能，并且由于碳化物本身良好的导热性能和较低的电阻率，也使得TiC颗粒增强Al基复合材料比其他颗粒增强Al基复合材料具有更好的导热导电性能。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种比传统陶瓷颗粒增强铝基合金更为优异的铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法，包括如下步骤：
步骤一：将TiC颗粒均匀地撒在经表面处理后的铝锂合金板材上；
步骤二：将撒满TiC颗粒的铝锂合金板材叠起来且两端固定；
步骤三：将步骤二得到的板材预加热处理后下压轧制结合；
步骤四：将步骤三轧制结合得的板材重复步骤一至三，得到多层铝锂合金/TiC复合材料。
本发明还包括这样一些特征：
1.所述TiC颗粒的质量分数为1％-3％；
2.所述铝锂合金的成分及质量百分含量为Li:1.1-2.0％,Cu:3.0-3.5％,Mg:0.20-0.35％,Zr:0.08-0.15％，其余为铝；
3.所述步骤一中的表面处理具体为：铸锭在525℃下均匀化24小时,将铸锭切割成4mm厚的板材，板材经450℃下退火2h后在相同温度下从4mm热轧至1mm，然后将轧板切成尺寸为60mm×30mm×1mm并使其在丙酮浴中脱脂，最后将轧板表面刮刷。
4.所述步骤三中的预加热具体为在450℃下加热5分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明固态复合一体化技术由于其制备速度快、无需任何气体保护气氛且只需传统的轧制即可实现制备陶瓷颗粒增强的金属基复合材料，具有重要的实用价值；
本发明制备的铝锂铜镁锆/TiC复合材料的抗拉强度最高可达到379.29MPa，分别比热轧试样和未添加TiC颗粒增强试样的抗拉强度高大约1.5倍和1.2倍，并且该复合材料的界面的结合强度最高可达到623.69MPa，高于热轧试样的结合强度的438.35MPa。TiC颗粒增强铝锂铜镁锆复合材料获得了优良的力学性能，尤其是界面结合强度。
附图说明
图1是轧制固态复合一体化技术示意图；
图2是各条件下的力学曲线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明铝锂合金/TiC轧制固态复合一体化技术，将称量好的TiC颗粒均匀地撒在经表面处理后的铝锂铜镁锆的板材上，然后将四块板材叠起来，用细铝丝将两端固定。然后将其在450℃下加热5分钟，以50％的下压量轧制结合。将得到的板材重新切成与初始板材大小一致，重复上述过程，之间不再添加TiC微粒。累积叠轧工艺生产可获得多层的金属基复合材料；利用在轧制的过程中发生剧烈塑性变形使TiC颗粒与铝锂铜镁锆合金板材发生机械结合而形成金属基复合材料；铝锂合金的板材的成分及质量百分含量为Li:1.1-2.0％,Cu:3.0-3.5％,Mg:0.20-0.35％,Zr:0.08-0.15％，其余为铝。
实施案例1：
将1wt％TiC颗粒和铝锂铜镁锆板材经轧制固态复合一体化技术合成铝锂铜镁锆/TiC复合材料。
一种铝锂铜镁锆合金板材，其合金的成分及质量百分含量为Li:1.3％，Cu:3.2％，Mg:0.35％，Zr:0.11％，其余为铝。然后，在525℃下均匀化24小时,获得均匀的组织和性能，将铸锭切割成4mm厚的板材。板材经450℃下退火2h后在相同温度下从4mm热轧至1mm。然后，将轧板切成尺寸为60mm×30mm×1mm并使其在丙酮浴中脱脂，然后将轧板表面刮刷。
将1wt％TiC颗粒均匀地撒在经表面处理后的铝锂铜镁锆的板材上，然后将四块板材叠起来，用细铝丝将两端固定。然后将其在450℃下加热5分钟，在轧辊速度为600转/分钟的立式轧机中轧制，并以50％的下压量轧制结合。将得到的板材重新切成与初始板材大小一致，重复上述过程三个周期，之间不再添加TiC微粒。累积叠轧工艺生产可获得多层的复合材料。
经每道次轧制获得的铝锂铜镁锆/TiC复合材料并经检测其性能如下表所示，经两道次轧制而成的复合材料获得了优异的抗拉强度、延伸率及界面结合强度，而热导率在三道次轧制时最优。
Figure BDA0002054337420000031
实施案例2：
将2wt％TiC颗粒和铝锂铜镁锆板材经轧制固态复合一体化技术合成铝锂铜镁锆/TiC复合材料。
一种铝锂铜镁锆合金板材，其合金的成分及质量百分含量为Li:1.3％，Cu:3.2％，Mg:0.35％，Zr:0.11％，其余为铝。然后，在525℃下均匀化24小时,获得均匀的组织和性能，将铸锭切割成4mm厚的板材。板材经450℃下退火2h后在相同温度下从4mm热轧至1mm。然后，将轧板切成尺寸为60mm×30mm×1mm并使其在丙酮浴中脱脂，然后将轧板表面刮刷。
将2wt％TiC颗粒均匀地撒在经表面处理后的铝锂铜镁锆的板材上，然后将四块板材叠起来，用细铝丝将两端固定。然后将其在450℃下加热5分钟，在轧辊速度为600转/分钟的立式轧机中轧制，并以50％的下压量轧制结合。将得到的板材重新切成与初始板材大小一致，重复上述过程三个周期，之间不再添加TiC微粒。累积叠轧工艺生产获得多层的复合材料。
经每道次轧制获得的铝锂铜镁锆/TiC复合材料并经检测其性能如下表所示，经两道次轧制而成的复合材料获得了优异的抗拉强度、延伸率及界面结合强度，而热导率在三道次轧制时最优。同时相比于加入1wt％的铝锂铜镁锆/TiC复合材料，除热导率略有降低外，其各项力学性能都有较大的提升。
Figure BDA0002054337420000041
实施案例3：
将3wt％TiC颗粒和铝锂铜镁锆板材经轧制固态复合一体化技术合成铝锂铜镁锆/TiC复合材料。
一种铝锂铜镁锆合金板材，其成分及质量百分含量为Li:1.3％，Cu:3.2％，Mg:0.35％，Zr:0.11％，其余为铝。然后，在525℃下均匀化24小时,获得均匀的组织和性能，将铸锭切割成4mm厚的板材。板材经450℃下退火2h后在相同温度下从4mm热轧至1mm。然后，将轧板切成尺寸为60mm×30mm×1mm并使其在丙酮浴中脱脂，然后将轧板表面刮刷。
将3wt％TiC颗粒均匀地撒在经表面处理后的铝锂铜镁锆的板材上，然后将四块板材叠起来，用细铝丝将两端固定。然后将其在450℃下加热5分钟，在轧辊速度为600转/分钟的立式轧机中轧制，并以50％的下压量轧制结合。将得到的板材重新切成与初始板材大小一致，重复上述过程三个周期，之间不再添加TiC微粒。累积叠轧工艺生产获得多层的复合材料。
经每道次轧制获得的铝锂铜镁锆/TiC复合材料并经检测其性能如下表所示，经两道次轧制而成的复合材料获得了优异的抗拉强度、延伸率及界面结合强度，而热导率在三道次轧制时最优。但相比于加入2wt％的铝锂铜镁锆/TiC复合材料，其各项力学性能和热导率都有较大程度的降低。
Figure BDA0002054337420000042
Figure BDA0002054337420000051
综上所述：
本发明提供了一种TiC颗粒强化铝基复合材料及轧制固态复合一体化制备复合材料的技术，属于复合材料制备领域。本发明通过将TiC颗粒均匀分布在铝锂合金基体的界面层中，其中TiC颗粒的质量分数为1％-3％，其余为铝锂铜镁锆合金，制备具有较高的界面结合强度和抗拉强度等良好力学性能的复合材料。并且本发明的制备工艺简单高效，节约成本，具有很好的应用前景。

Claims (2)

1.一种铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：将铝锂合金铸锭在525℃下均匀化24小时，之后将铝锂合金铸锭切割成4mm厚的铝锂合金板材；
步骤二：将4mm厚的铝锂合金板材经450℃下退火2h后在相同温度下从4mm厚热轧至1mm厚；
步骤三：将TiC颗粒均匀地撒在1mm厚的铝锂合金板材上；
步骤四：将4块1mm厚的铝锂合金板材叠起来并且两端固定，然后在450℃下加热5分钟，以单道次50％的下压量，轧制两次得到1mm厚的铝锂合金板材；
步骤五：重复步骤四最后得到铝锂合金/TiC复合材料；所述铝锂合金的成分及质量百分含量为Li:1.3％，Cu:3.2％，Mg:0.35％，Zr:0.11％，其余为铝。
2.根据权利要求1所述的铝锂合金/TiC复合材料的轧制固态复合一体化方法，其特征是，所述TiC颗粒的质量分数为1-3wt％。
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CN102671936A (zh) * 2012-05-24 2012-09-19 哈尔滨工业大学 TiC增强Ti-6Al-4V复合材料板材的方法
CN104498793B (zh) * 2015-01-04 2016-08-24 哈尔滨工程大学 高强韧性镁锂合金及累积叠轧焊工艺制备高强韧性镁锂合金的方法
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