CN1325181C - 一种结构梯度材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种结构梯度材料的制备方法，具体方法为：将金属材料A1、A2表面通过脱脂、酸洗工艺处理干净；应用钢丝刷将材料的叠合面加工硬化；将金属材料A1、A2叠合并在氩气保护下焊接密封；用加热炉加热组装好的金属材料，加热温度在材料的再结晶温度以下0℃～50℃保温30～60分钟；用轧机轧制，一次压下量50%～70%；将材料A3与以上加工过的材料按照上述步骤重复；直到满足设计要求。本发明的优点在于不但能有效的缓和应力突变导致的材料断裂而且能够阻止应力及应力致裂纹的扩展。并能够连续生产大尺寸结构梯度材料，使用于航天、航空、核工业、机械、化工、冶金等领域的设备结构上成为可能。

Description

一种结构梯度材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工制备技术领域，特别是一种结构梯度材料的制备方法。
背景技术
作为一种新型材料，梯度功能材料因其性能特殊，在航空、航天、机械、化工领域应用前景广阔，目前的制备方法为：粉末冶金法、燃烧合成法、离心铸造法、等离子喷涂法、气相沉淀法等，中国出版的《材料导报》1996年第3期“新型梯度功能材料的研究现状与展望”发表了上述功能梯度材料的制备方法，未发现与本发明相同或相近的“结构梯度材料制备方法”，目前存在的制备方法的突出缺点一是；已经制备的功能梯度材料样品体积小，还不具备较多的实用价值；二是制备的小尺寸梯度功能材料只具备应力缓和功能不具备应力阻止型功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构梯度材料的制备方法，实现了制备大体积功能梯度材料，并具备应力缓和、应力阻止功能。
利用目前普遍存在的轧制设备在比较成熟的轧制理论、界面结合理论、扩散理论等的基础上，通过累积层叠轧制界面焊接的方法，将同种材料或不同种材料有效的人为结合在一起。
本发明采用“累积层叠轧制法”制备结构梯度材料。具体方法为：
(1)将金属材料A1、A2表面通过脱脂、酸洗、漂洗、干燥等工艺处理干净；
(2)应用钢丝刷将材料的叠合面加工硬化，直到金属表面充分暴露出新鲜的金属；
(3)将金属材料A1、A2叠合并在氩气保护下焊接密封；
(4)用加热炉加热组装好的金属材料，加热温度在材料的再结晶温度以下0℃～50℃保温30～60分钟；
(5)用轧机轧制一个道次，一次压下量50％～70％；
(6)将材料A3与以上加工过的材料按照(1)～(5)步骤重复；
(7)将A3变为A4、A5…重复(1)～(6)步骤，直到满足设计要求；
(8)将最终产品在材料的再结晶温度以下0℃～50℃保温30～60分钟。
本发明所述的A代表钢、铝等金属材料，所述的A1、A2、A3、A4…代表钢、或铝等不同尺寸的多块同种金属材料，其中分别与前一次变形后的材料的尺寸相同。
材料A1、A2、A3…可以是尺寸不同的同种材料，这样得到的是结构组织梯度材料；也可以是尺寸不同成分渐变的不同材料，这样得到的是组织、成分均渐变的结构梯度材料。累积层叠方向可以向A1面方向，也可以向A2方向，或同时向两个方向累积层叠。本发明能够连续大规模制备大尺寸结构梯度材料；由于此发明制备的结构梯度材料具有多数界面，所以制备的材料不但具有应力减缓功能而且具有应力、裂纹阻断功能；材料的应用范围扩大。
本发明的优点在于使材料的成分、组织、缺陷连续变化，不但能有效的缓和应力突变导致的材料断裂而且能够阻止应力及应力致裂纹的扩展。并能够连续生产大尺寸结构梯度材料，使用于航天、航空、核工业、机械、化工、冶金等领域的设备结构上成为可能。
具体实施方式
下面通过实例对本发明作进一步的了解：
例1累积层叠轧制法制备铝合金梯度结构材料
(1)将两片尺寸相同的铝合金表面脱脂、酸洗、漂洗、干燥；
(2)将铝合金材料将要叠合的面用钢丝刷刷洗使其加工硬化；
(3)将两片铝合金叠合，应用氩弧焊周围密封；
(4)用加热炉加热至再结晶温度以下，温度为120℃，保温30分钟，用普通轧机轧制，一次压下量50％；
(5)将处理过的另一块铝合金与以上加工过的材料叠合重复以上步骤；
(6)重复(1)～(5)步骤4次；
(7)将所得材料在80℃保温60分钟；
(8)将所得材料应用剪切机周围切边。
例2累积层叠轧制法制备纯铝梯度结构材料
(1)将两片尺寸相同的纯铝表面脱脂、酸洗、漂洗、干燥；
(2)将纯铝材料将要叠合的面用钢丝刷刷洗使其加工硬化；
(3)将两片纯铝叠合，应用纯铝铆钉固定四角；
(4)室温，用普通轧机轧制，一次压下量70％；
(5)将所得材料在120℃保温30分钟；
(6)用另一块纯铝与以上加工过的材料重复以上步骤(1)～(5)；
(7)重复(1)～(6)步骤6次；
(8)将所得材料在80℃保温30分钟；
(9)将所得材料应用剪切机周围切边。
所得材料从上表面到下表面的晶粒度变化可从100nm到20μm连续变化，强度可从90Mpa到400Mpa连续变化，硬度、抗腐蚀性能等也出现连续变化。
例3累积层叠轧制法制备普碳钢结构梯度材料
(1)将含碳量逐渐变化的普碳钢板A1、A2、A3、A4…..表面经过脱脂、酸洗、漂洗等工艺处理干净；
(2)将要叠合的表面应用钢丝刷刷洗使其加工硬化；
(3)将钢板A1.A2叠合应用氩弧焊使其周围密封；
(4)将材料加热至680℃保温60分钟；
(5)轧制材料，一次压下量50％；
(6)将钢板A3复合在A1、A2上重复以上(4)(5)步骤；
(7)重复(4)～(6)步骤将钢板A3换为A4…；
(8)将最终材料在500℃，保温60分钟，空冷。
(9)用切边机将所得材料周围切边。
例4将例3的其它步骤、参数不变，步骤(4)保温60分钟变为保温30分钟；步骤(5)一次压下量50％变为70％。则制备难度加大，但是，效果更好。
所得结构梯度材料从上表面到下表面的晶粒度变化可从0.5μm到20μm连续变化，强度可从300Mpa到1000Mpa连续变化，成分、硬度、抗腐蚀性能等也出现连续变化。

Claims (1)

1、一种结构梯度材料的制备方法，其特征在于：具体方法为：
a、将金属材料A1、A2表面通过脱脂、酸洗、漂洗、干燥工艺处理干净；
b、应用钢丝刷将金属材料A1、A2的叠合面加工硬化，直到金属表面充分暴露出新鲜的金属；
c、将金属材料A1、A2叠合并在氩气保护下焊接密封；
d、用加热炉加热组装好的金属材料，加热温度在材料的再结晶温度以下0℃～50℃保温30～60分钟；
e、用轧机轧制一个道次，一次压下量50％～70％；
f、将材料A3与以上加工过的材料按照a～e步骤重复；
g、将A3变为A4、A5…重复a～f步骤，直到满足设计要求；
h、将最终产品在材料的再结晶温度以下0℃～50℃，保温30～60分钟；
所述的A代表钢或铝金属材料，所述的A1、A2、A3、A4代表钢或铝不同尺寸的多块同种材料，其分别与前一次变形后的材料的尺寸相同。
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