CN111376572B - 一种异构层状铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种异构层状铝基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种层状铝基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：首先准备尺寸相同的Al‑TiB2/TiC和6063Al板材；将两者进行均匀化固溶处理以便于在叠轧过程中变形；对板材表面氧化层进行清理；将处理好的材料堆叠、固定并进行多道次累积叠轧变形处理；并对叠轧后的材料进行时效处理提升板材整体强度，最后获得异构层状6063Al/Al‑TiB2/TiC层状铝基复合材料。本发明制备方法简单、成本较低，生产周期短，绿色无毒。同时，使得材料Al‑TiB2/TiC在保持自身耐磨性等优良特性的同时更可以综合6063Al的强度，并且获得了结合紧密的界面。

Description

一种异构层状铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明属金属材料制备领域，特别涉及一种异质层状铝基复合材料的制备方法。
背景技术
TiB2/TiC颗粒增强铝基复合材料综合了铝合金的韧性、延展性和TiB2/TiC颗粒高强度、高刚度、耐磨以及耐高温的优点，整体拥有高的比强度、耐磨性、低膨胀系数以及良好的尺寸稳定性、导热性等优点，已经在航空、航天、汽车、机械等方面具有广泛的应用。特别的当增强颗粒在基体中处于均匀弥散细小分布时，其性能会进一步得到提升。
目前对于颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、搅拌熔铸法、原位生成法以及浸渗法。在上述制备方法中，虽然原位生成法以其制备简单、成本低并能获得干净界面而被广泛应用。但是在原位自生的铝基复合材料中增强颗粒呈现聚集分布，大幅度降低了材料的强韧性。目前改善铝基复合材料偏聚和粗大晶粒的方法大多是对其本身进行变形处理。这样的处理仅仅发挥了自身性能的优势，而强度的提高有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种异构层状铝基复合材料的制备方法。
实现本发明目的通过以下技术方案实现的：
一种异质层状铝基复合材料的制备方法，包括准备、热叠轧和后续热处理三步工序，选用尺寸相同固溶处理后的Al-TiB2/TiC铝基复合材料和的6063Al板材进行打磨清理固定，然后将固定好的板材进行保温处理并进行热叠轧变形，最后对叠轧好的板材进行时效强化处理，获得析出强化铝基复合板材。
异质层状铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对两种相同尺寸Al-TiB2/TiC铝基复合材料和的6063Al板材进行固溶处理；
(2)对Al-TiB2/TiC铝基复合材料和的6063Al板材进行表面清理，去除油污和氧化膜，打磨到暴露出光亮金属基体；将清理后的铸态铝基复合材料和6063Al板材进行堆垛并固定；
(3)进行热叠轧，完成一道次叠轧；
(4)将叠轧制备的板材于油浴炉中进行时效强化处理，制得异构层状铝基复合板材。
异质层状铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对两种相同尺寸Al-TiB2/TiC铝基复合材料和的6063Al板材进行固溶处理；
(2)对Al-TiB2/TiC铝基复合材料和的6063Al板材进行表面清理，去除油污和氧化膜，打磨到暴露出光亮金属基体；将清理后的铸态铝基复合材料和6063Al板材进行堆垛并固定；
(3)进行热叠轧，完成一道次叠轧；
(4)将轧制焊合后的经一道次叠轧的板材对等切割并堆叠，并重复步骤3完成叠轧；
(5)根据需求，重复步骤(4)，完成多道次的叠轧；
(6)将叠轧制备的板材于油浴炉中进行时效强化处理，制得异构层状铝基复合板材。
进一步的，Al-TiB2/TiC铝基复合材料中，增强颗粒为TiC和TiB2其质量分数为5％；6063Al的含量按质量百分比为：Al为98.5％，Mg为0.64％，Si为0.63％，Fe为0.11％，Cu为0.03％，余量为杂质。
进一步的，固溶处理为真空固溶处理，固溶温度选择在450～550℃之间，固溶时间为1～12小时。
进一步的，清理具体步骤为：采用钢丝刷和打磨纸进行机械清洗，再辅以酒精进行清洗。
进一步的，累积叠轧的轧制工艺参数为：轧制之前300℃～530℃保温1～30min，轧制的压下量为50％～60％。
进一步的，时效处理的工艺参数为：在隔绝空气的油浴炉中于150℃～250℃保温0.5～250小时。
进一步的，多道次的叠轧至少为两道次的叠轧。
本发明相对于现有技术相比具有显著优点为：
1.本发明的制备方法，通过累积叠轧的方法使得6063Al和Al-TiB2/TiC结合在一起，获得良好的结合界面，性能发生综合，可以使Al-TiB2/TiC在保持自身优良性能的同时还可以综合6063Al的强度。最后对轧制之后的板材进行适当的时效处理，更有利于发挥6063Al的强度优势，有助于进一步提高铝基复合材料的强度。
2.本发明的制备方法，在叠轧之前对6063Al进行固溶处理，有利于消除铸造应力，降低硬度，减少在变形过程中裂纹的产生，同时有助于两种材料的协调变形。本发明获得了结合力优越的界面，解决了现有叠轧变形过程中界面结合弱的问题。
3.本发明的制备方法，利用累积叠轧变形处理，改善了颗粒增强铝基复合材料中颗粒的聚集分布，使得增强颗粒在基体中趋于弥散分布，并且也改善了颗粒增强铝基复合材料组织中的粗大晶粒，并对铸造过程中产生的铸造缺陷具有消除作用。此外，此方法操作简单，适合大批量产业化生产。
附图说明
图1为本发明制备的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料经过固溶-热轧-时效处理后的最终状态图。
图2为本发明制备的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料三道次后不同放大倍数下的界面处SEM图，其中a、b、c分别为1000、25、15μm尺寸的SEM图。
图3为本发明制备的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料的不同道次的常温拉伸应力应变曲线图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的实质，下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的阐述。
本发明所用的Al-TiB2/TiC铝基复合材料中，增强颗粒为TiC和TiB2其质量分数为5％；6063Al的含量按质量百分比为：Al为98.5％，Mg为0.64％，Si为0.63％，Fe为0.11％，Cu为0.03％，余量为杂质。
实施例1
制备异构层状6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将铸态Al-TiB2/TiC和6063Al铸锭切割成长、宽和高分别为50×26×2mm的规则板材。
(2)将切割好的板材放入温度为530℃的箱式电阻炉中并保温2h进行固溶处理。
(3)对固溶处理后的板材采用钢丝刷和打磨纸进行机械清洗，再辅以酒精进行表面氧化层的清理；将清理后的Al-TiB2/TiC和6063Al板材堆叠，按照Al-TiB2/TiC片和6063Al片的顺序堆叠至两层，并在板材的四角用铁丝进行捆绑固定。
(4)530℃保温10min，然后进行轧制，轧制的下压量为50％。获得层数为2的1道次之后的6063Al/Al-TiB2/TiC。
(5)将焊合后的6063Al/Al-TiB2/TiC在隔绝空气的油浴炉中于175℃下保温2h，得到时效强化后的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料。
实施例2
制备异构层状6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将铸态Al-TiB2/TiC和6063Al铸锭切割成长、宽和高分别为50×26×2mm的规则板材。
(2)将切割好的板材放入温度为530℃的箱式电阻炉中并保温2h进行固溶处理。
(3)对固溶处理后的板材采用钢丝刷和打磨纸进行机械清洗，再辅以酒精进行表面氧化层的清理；将清理后的Al-TiB2/TiC和6063Al板材，按照Al-TiB2/TiC片、6063Al片的顺序堆叠至两层，并在板材的四角用铁丝进行捆绑固定。
(4)530℃保温10min，然后进行轧制，轧制的下压量为50％。
(5)将轧制焊合的后的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料板材利用线切割装置对等切开，得到大小相同的两部分；打磨掉两边要堆叠贴合的表面氧化层；将两部分板材堆叠在一起，并用铁丝对板材进行固定，得到四层轧制板材。
(6)530℃保温10min，然后进行轧制，轧制的下压量为50％。获得层数为4的2道次之后的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料。
(7)将焊合后的6063Al/Al-TiB2/TiC置于在隔绝空气的油浴炉中于175℃下保温2h，得到具有高结合力的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料。
经过两道次的叠轧，材料的抗拉强度从210MPa提升到225MPa。
实施例3
制备异构层状6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将铸态Al-TiB2/TiC和6063Al铸锭切割成长、宽和高分别为50×26×2mm的规则板材。
(2)将切割好的板材放入温度为530℃的箱式电阻炉中并保温2h进行固溶处理。
(3)对固溶处理后的板材采用钢丝刷和打磨纸进行机械清洗，再辅以酒精进行表面氧化层的清理；将清理后的Al-TiB2/TiC和6063Al板材，按照Al-TiB2/TiC片、6063Al片的顺序堆叠至两层，并在板材的四角用铁丝进行捆绑固定。
(4)530℃保温10min，然后进行轧制，轧制的下压量为50％。
(5)将轧制焊合的后的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料板材利用线切割装置对等切开，得到大小相同的两部分；打磨掉两边要堆叠贴合的表面氧化层；将两部分板材堆叠在一起，并用铁丝对板材进行固定，得到四层轧制板材。
(6)530℃保温10min，然后进行轧制，轧制的下压量为50％。获得层数为4的2道次之后的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料。
(7)对四层轧制板材重复步骤(5)(6)进行三次叠轧，制得层数为8层的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料。
(8)将焊合后的6063Al/Al-TiB2/TiC置于在隔绝空气的油浴炉中于175℃下保温2h，得到异构层状6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料。
经过三道次的累积叠轧变形，成功制备出了异构层状6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料。图2是6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料经ARB三道次处理后不同放大倍数界面处的SEM图,结果表明：通过此种方法，界面处未发现缝隙、空洞，界面结合优良，并且界面始终保持平直，协调变形能力强。并且从图2(c)可看出增强颗粒趋于细小弥散分布，三道次后增强颗粒平均晶粒尺寸为2.5μm。
常温力学性能取样测试，其应力应变曲线如图3所示，结果表明：累积叠轧制备的6063Al/Al-TiB2/TiC铝基复合材料，抗拉强度和断裂延伸率随着道次的增加而增加，最高分别为255MPa、11％。相比Al-TiB2/TiC基体，抗拉强度提高了68％。
特别地，板材在1、2、3道次下都未出现明显的裂纹，特别对于三道次来讲其边缘处仍保持和一道次相似的受力状态，说明还可以承受较大的应变，其塑性保持良好，可继续对其进行4-6道次的叠轧处理。并且无裂纹出现可以有效的增加利用率，靠近边缘处的部分一样可以得到很好的利用，减少材料的浪费。

Claims (8)

1.一种异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括准备、热叠轧和后续热处理三步工序，选用尺寸相同固溶处理后的Al-TiB2/TiC铝基复合材料和6063Al板材进行打磨清理固定，然后将固定好的板材进行保温处理并进行热叠轧变形，最后对叠轧好的板材进行时效强化处理，获得析出强化铝基复合板材；包括以下步骤：
（1）首先对两种相同尺寸Al-TiB2/TiC铝基复合材料和6063Al板材进行固溶处理；
（2）对Al-TiB2/TiC铝基复合材料和6063Al板材进行表面清理，去除油污和氧化膜，打磨到暴露出光亮金属基体；将清理后的铸态铝基复合材料和6063Al板材进行堆垛并固定；
（3）进行热叠轧，完成一道次叠轧；
（4）将叠轧制备的板材于油浴炉中进行时效强化处理，制得异构层状铝基复合板材。
2.一种异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括准备、热叠轧和后续热处理三步工序，选用尺寸相同固溶处理后的Al-TiB2/TiC铝基复合材料和6063Al板材进行打磨清理固定，然后将固定好的板材进行保温处理并进行热叠轧变形，最后对叠轧好的板材进行时效强化处理，获得析出强化铝基复合板材；包括以下步骤：
（1）首先对两种相同尺寸Al-TiB2/TiC铝基复合材料和6063Al板材进行固溶处理；
（2）对Al-TiB2/TiC铝基复合材料和6063Al板材进行表面清理，去除油污和氧化膜，打磨到暴露出光亮金属基体；将清理后的铸态铝基复合材料和6063Al板材进行堆垛并固定；
（3）进行热叠轧，完成一道次叠轧；
（4）将轧制焊合后的经一道次叠轧的板材对等切割并堆叠，并重复步骤3完成叠轧；
（5）根据需求，重复步骤（4），完成多道次的叠轧；
（6）将叠轧制备的板材于油浴炉中进行时效强化处理，制得异构层状铝基复合板材。
3.根据权利要求1或2所述的异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，Al-TiB2/TiC铝基复合材料中，增强颗粒为TiC和TiB2其质量分数为5%；6063Al的含量按质量百分比为：Al为98.5%，Mg为0.64%，Si为0.63%，Fe为0.11%，Cu为0.03%，余量为杂质。
4.根据权利要求1或2所述的异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，固溶处理为真空固溶处理，固溶温度选择在450~550℃之间，固溶时间为1~12小时。
5.根据权利要求1或2所述的异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，清理具体步骤为：采用钢丝刷和打磨纸进行机械清洗，再辅以酒精进行清洗。
6.根据权利要求1或2所述的异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的叠轧的轧制工艺参数为：轧制之前300℃~530℃保温1~30min，轧制的压下量为50%~60%。
7.根据权利要求1或2所述的异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，时效处理的工艺参数为：在隔绝空气的油浴炉中于150℃~250℃保温0.5~250小时。
8.根据权利要求2所述的异质层状铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的多道次的叠轧至少为两道次的叠轧。
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