鋁合金復合材料制造技術

鋁合金復合材料。一種金屬基復合物，可用下述方法制備：通人相對冷的氣體并使其指向熔融金屬，以使熔融鋁-鋰合金流霧化并形成熱金屬顆粒霧；在金屬流或霧中加入笑笑的固體強化物顆粒，如碳化硅；沉積所說的帶有細顆粒的金屬。所得的復合物在擠壓和時效狀態下有下列性質：0.2％屈服強度≥400MPa，拉伸強度≥440MPa，延伸率≥2.0％，彈性模量≥85GPa，密度≤2.75Mg/m3。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及具有高的強度、硬度和良好延展性的鋁合金材料。改材料是鋁-鋰合金偉基帶有強化物的復合材料，借助噴涂沉積而形成。為發展應用與航空(航天)領域的高硬度鋁合金，人們已經作了很大的努力。獲得這種材料的嘗試已經集中于發展傳統的駐錠鑄造技術來生產含鋰量達3％(重量)的鋁合金。這種合金的彈性模量改善了約10％(達約80GPa)，同時密度降低了約10％(達約2.54Mg/m3)。眾所周知，Ll-Li合金的延展性很差。事實上，脆性問題使用鑄造冶金法生產的鋁合金中的鋰含量被限制在達約3％(重量)。其它可選擇的生產途徑，如粉末冶金法，由于其所需的加工費用較昂貴，故很少被人注意。第二種可獲得這種具有良好的強度/硬度與重量之比的材料的途徑是制備金屬基復合材料。這類材料與AL-Li合金相比對于彈性模量的提高有更大的潛力(可達約150GPa以上)。這類材料的發展已主要集中在生產含須或纖維的強化合金上。這類方法要求有復雜的工藝路線，若再考慮到原材料的價格昂貴問題，即便其在彈性模量上有很大的改善，但還是帶來了巨大的成本負擔。高長度/直徑比的強化物的使用還可導致顯著的各項異性。進來，更多的注意力被吸引到顆粒強化金屬基復合材料上來。雖然，比較地講，其在彈性模量上的改進只屬中等，但它具有各項同性。這類金屬基復合材料的生產方法已有多種，報道最多的是粉末混合法。中所周知，在鋁合金中加入強化物不僅能增加彈性模量，而且會降低延展性。加入10％(體積)的顆粒狀強化物，一般地講，會使鋁合金的雁陣型降至原有數值的25％左右。因此，通常金屬基復合材料的延展性較低，不適于用在對延展性要求較高的場合。例如，D.Webster(冶金文摘1982年第13A卷，第1511頁——Met.Trans,13A,P1511,1982)借助粉末冶金技術制備了用SiC須強化的Al-Li(合金)基復合材料。但除一例外，所有實例均被報道說是脆性的，而且在達到0.2％拉伸屈服強度(∮0.2)之前就發生斷裂。例外的一例(未說明其延展性)是以低強度二元Al-Li合金為基的。Ep-45622A是關于經機械合金化的彌散強化鋁-鋰合金。彌散體的尺寸為亞微米級且是于現場形成。VONBradskyG.等在《材料科學雜志》(JournalofMaterialsScience)1987年第22期，1469～1476頁闡述了一中借助氣體霧化生產10微米以下的Al-Li合金速固化粉末的方法。用噴鑄的方法制備金屬沉積產品(如鋁)的方法在一系列專利中均有描述，其中以GB-1379261和GB-1472939最有代表性。該技術包括：通過將熔融金屬流霧化以形成熱金屬粒子霧；將粒子霧噴到模體上以便在其上形成所需要的沉積層；確定氣體的溫度和流速以便在(金屬粒子)飛行及沉積期間從霧化的金屬顆粒中吸收足夠的、可以控制的熱量，由此，使沉積物的固化不依賴于模體的溫度和/或模體的熱性能。熔融金屬滴的平局直徑超過10微米，一般為50～200微米。用這種方法得到的沉積層基本上是非顆粒性的，無偏折，致密程度超過95％，且具有基本上是均勻分布的封閉內核(closedinternalpore)結構。英國專利說明書2172825和2172827描述了噴鑄技術在制造金屬基復合材料上的使用。本專利技術是建立于幾個令人感興趣的發現之上。首先，已知的噴鑄技術可以用于Al-Li合金，這種材料的生產非常容易。該合金并不像原先所預料的那種會在噴組過程中堵塞噴咀。其次，在噴鑄材料中加入強化物不但增加硬度而且還使沉淀物獲得了顯著的機加工延展性，(一般情況下，加入10％(體積)的強化物顆粒至少可使產品的延展性比沒有強化物的合金提高0.5倍)。再者，用噴涂沉積生產的駐錠沒有表現出由殘余應力引起開裂的跡象。由于這種開裂是傳統技術鑄造的Al-Li鑄釘存在的主要問題，因而，這種效果就特別令人感興趣(見JournaldePhysique,Colloq.C3,9增刊，48卷，1987年9月，第26頁，P.E.Bretz的報告，及GB-1605035。后者指出：傳統噴鑄公益輝在最外側的金屬沉積層中產生殘余拉伸應力，而這種殘余應力容易引起沉積層的開裂或基體的變形)。本專利技術提供了一中通過噴鑄方法生產的由Al-Li合金基體和強化物構成的金屬基復合物，它經擠壓和時效硬化處理后，具有下述性質：0.2％屈服強度——≧400MPa拉伸強度——≧440MPa延伸率——≧2.0％彈性模量——≧85GPa密度——≦2.75Mg/m3(噸/立方米)。本專利技術包括鑄態復合材料，(可能有一定程度的疏松)，以及由此所產生出的所有產品，包括鍛件，積壓件，鑄件，軋制產品(片和板)及管材。上述性質是對經擠壓和時效硬化處理的材料而言。可以認識到，本專利技術還包括那些不必具有這些性質的產品，但對于這些產品，上述性質可通過擠壓和時效硬化處理而得到。該金屬基復合物可含陶瓷強化物1-50％(體積)，一般為5％～30％(體積)，最好為10～15％(體積)。如果強化物含量太低，復合材料將不具備要求的彈性模量。如果強化物含量太高，則復合材料就可能不具有要求的延展性。強化物最好是粒狀的，其縱橫比不超過5:1.顆粒平均直徑可以再1～100微米范圍內，一般為5～40微米，最好為5～15微米。強化物也可以使連續的或不連續的前衛，或須或絲(staple),其平均(纖維)直徑通常是0.2～500微米，最好是1～50微米。但顆粒強化物最好，因為顆粒材料比其它形式的材料更為便宜，且能得到性能優良的各向同性復合材料。選擇的強化物應具有比基本合金更高的模量，其可以使高彈性模量的碳化物，氧化物，硼化物或氮化物，如碳化硅、氧化鋁或碳化硼。這些用于金屬基復合材料的陶瓷強化物在本領域是為人熟知的。該金屬基本中鋰的含量可達10％(重量)，含量一般是1.0～3.0％(重量)。盡管鋰確能提高合金的強度，但它的主要作用是降低密度?？紤]到還有其它合金成分和陶瓷強化物，因此需要足夠的鋰以保持(完全致密的)復合物的密度低于2.75Mg/m3，當所用的鋰量較多時，需要注意復合物的配比以獲得所需的延展性。金屬基體可含其它組份，如傳統的Al-Li合金中所含的那些組分，見下所示(重量％)：銅≦5.0，最好1.0～2.2％鎂≦10.0，最好0.5～1.3％鋯≦0.20，最好0.04～0.16％鐵≦0.5％硅≦0.5％鋅≦5.0％鈦≦0.5％錳≦0.5％鉻≦0.5％其它各種元素均≦0.5％其它各種元素的總量≦1.0％為獲得期望的強度性能，須(向基體)加入Cu、Mg和Zr中的至少一種，最好加入三種。本專利技術的金屬基復合物可借助英國專利說明書2172825和2172827所述的噴鑄技術來制備。一般的講，這種技術包括下列步驟：通過將熔融合金(流)引入到相對較冷的氣體(其射向熔融合金流)中使熔融Al-Li合金流霧化，形成熱金屬顆粒霧；將細小的強化物固體顆粒至于熔融合金流貨霧中；以及沉積很有細顆粒的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用噴涂沉積方法生產的金屬基復合物包括Al?Li合金基體和強化物，其再擠壓和實效櫻花狀態下具有下列性質：?0.2％屈服強度≧400MPa?拉伸強度≧440MPa?延伸率≧2.0％?彈性模量≧85GPa?密度≦2.75Mg/m3。

【技術特征摘要】
1.一種用噴涂沉積方法生產的金屬基復合物包括Al-Li合金基體和強化物，其再擠壓和實效櫻花狀態下具有下列性質：
0.2％屈服強度≧400MPa
拉伸強度≧440MPa
延伸率≧2.0％
彈性模量≧85GPa
密度≦2.75Mg/m3。
2.根據權利要求1的復合物，其中含5～30％(體積)的強化物。
3.根據權利要求1或2的復合物，其中強化物是平均直徑為5～40微粒的顆粒體。
4.根據權利要求1～3中任一項的復合物，其中所說的強化物是碳化硅。
5.根據權利要求1～3中任一項的復合物，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：不公告發明人，
申請(專利權)人：蘭毅，
類型：發明
國別省市：山東;37