一種混雜鋁基復合材料管材的制備方法技術

本發明專利技術公開一種混雜鋁基復合材料管材的制備方法，包括將不同體積分數的顆粒增強鋁基復合材料裝入鋁合金管坯中進行預壓實、抽真空、加熱、穿孔熱擠壓復合、熱處理(包括退火、淬火與時效)等工序，依靠擠壓時高溫高壓作用使顆粒增強鋁基復合材料致密化，同時提高顆粒增強鋁基復合材料與外鋁合金基體之間界面的復合強度，以及提高顆粒增強鋁基復合材料的變形能力，解決單一顆粒增強鋁基復合材料本身塑韌性差和混雜鋁基復合材料管材擠壓制造困難的難題。

Preparation of Hybrid Aluminum Matrix Composite Pipe

The invention discloses a preparation method of hybrid aluminium matrix composite pipe, which includes pre-compacting, vacuum pumping, heating, hot extrusion through perforation, heat treatment (including annealing, quenching and aging) by loading different volume fractions of particulate reinforced aluminium matrix composite into aluminium alloy tube blanks, and densification of particulate reinforced aluminium matrix composite by high temperature and high pressure during extrusion. At the same time, the composite strength of the interface between particle reinforced aluminium matrix composites and external aluminium alloy matrix is improved, and the deformation ability of particle reinforced aluminium matrix composites is improved. The difficulties of poor plasticity and toughness of single particle reinforced aluminium matrix composites and extrusion of hybrid aluminium matrix composites pipe are solved.

【技術實現步驟摘要】
一種混雜鋁基復合材料管材的制備方法
本專利技術屬于金屬基復合材料塑性加工
，具體涉及一種混雜鋁基復合材料管材的制備方法。
技術介紹
顆粒增強鋁基復合材料具有比重小、高比強度、彈性模量、優良的高溫性能及抗腐蝕能力、高的耐磨性等許多優良的性能，但其斷裂韌性和塑性加工性能比鋁合金基體材料差。金屬層狀復合材料指的是由兩層或兩層以上不同性能的金屬通過某種復合方式而成的一種具有優良綜合性能的材料。隨著現代工業技術的發展和各種新技術、新產業，人們對材料性能的要求日益增高，在某些工況條件下單一組元材料的性能已經很難滿足要求。金屬層狀復合材料由于在設計上綜合了各組元的特點，并彌補了各自的不足，具有單一金屬或合金無法比擬的優異綜合性能，成為材料科學的研究熱點之一，因此，金屬層狀復合材料的研究變得十分廣泛，許多國家在金屬層狀復合材料領域展開了大量的研究，使得其得到了空前的發展。金屬層狀復合材料的加工方法有很多種，包括軋制復合、擠壓復合、爆炸復合、電磁復合等方法。采用擠壓復合法制備金屬層狀復合材料的歷史們可以追溯到1879年法國的Borel、德國的Wesslau開發的鉛包覆電纜生產工藝。在此基礎上發展起來的正向擠壓包覆、側向擠壓包覆等方法在當今仍被廣泛使用。擠壓復合法種類很多，主要用于生產管、棒、線形層狀金屬復合材料。鋁合金層狀復合材料是一種常見的金屬層狀復合材料，其內層的鋁合金一般是提供復合材料所需的力學性能，外層包覆層則是某些特定的性能(如強的耐腐蝕性、良好的焊接性和較高的力學性能等)。正向擠壓之前需要通過機械方法將兩種金屬坯錠套在一起從而組成一個復合坯錠，采用該種擠壓方法的最大優點是，擠壓過程中在界面上講產生大量的新的表面，同時變形區內提供的高溫、高壓條件十分有利于界面間原子的擴散，從而容易達到冶金結合。但如何將顆粒增強鋁基復合材料與鋁合金基體組合成混雜鋁基復合材料管材，目前本領域迫切需要開發這類材料及其制備方法、工藝和技術。
技術實現思路
針對顆粒增強鋁基復合材料和金屬層狀復合材料的綜合優良性能，提出利用不同體積分數的顆粒增強鋁基復合材料與鋁合金基體材料進行固態熱擠壓復合、熱處理(包括退火、淬火與時效等)制備混雜鋁基復合材料管材的工藝方法。本專利技術的一種混雜鋁基復合材料管材的制備方法，該方法包括：將顆粒增強鋁基復合材料裝入鋁合金管坯中，壓實后，密封鋁合金管坯的兩端，同時其中一端安裝用于抽真空的管道，優選純鋁管，對鋁合金管坯抽真空后封住管道的管口制成混雜鋁基復合材料擠壓錠坯，然后將混雜鋁基復合材料擠壓錠坯加熱保溫后在雙動擠壓機上穿孔擠壓成管材，空冷后對管材進行保溫，最后冷水淬火、時效熱處理。進一步地，所述顆粒增強鋁基復合材料為SiC顆粒和/或Al2O3顆粒和鋁合金粉末的混合物，其中，鋁合金粉末為Al-Cu、Al-Si、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu、Al-Fe-V-Si系鋁合金粉末，優選Al-Cu、Al-Si、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu、Al-Fe-V-Si系變形鋁合金粉末中的任意一種。進一步地，SiC顆粒和/或Al2O3顆粒的平均直徑為8-20μm，優選10-15μm，SiC顆粒和/或Al2O3顆粒在顆粒增強鋁基復合材料的體積分數為10-30％，優選12-16％。鋁合金粉末的平均粒度一般為1-150μm，優選5-50μm，更優選5-30μm。進一步地，鋁合金管坯的兩端使用鋁合金熱軋板焊接密封。進一步地，顆粒增強鋁基復合材料在鋁合金管坯中壓實選自冷壓實和振動壓實，壓實后的相對密度大于70％。進一步地，混雜鋁基復合材料擠壓錠坯的加熱溫度為400-550℃，優選420-500℃，保溫時間為3-5小時。進一步地，雙動擠壓機的擠壓桿速度為30-100毫米/分，優選50-80毫米/分，擠壓比為10-30，優選15-25。進一步地，空冷后管材的保溫溫度為350-500℃，優選400-480℃，保溫時間為0.5-3小時，優選1-2小時。進一步地，時效熱處理溫度為100-250℃，優選120-200℃，時間為5-30小時，優選10-25小時。本專利技術還提供一種上述方法制備的混雜鋁基復合材料管材，其內層為顆粒增強鋁基復合材料，外層為鋁合金材料，內外層厚度比為10～50％(即內層厚度為外層厚度的10-50％)，其中，內層顆粒增強鋁基復合材料為SiC顆粒和/或Al2O3顆粒與Al-Cu、Al-Si、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu、Al-Fe-V-Si系鋁合金粉末，優選Al-Cu、Al-Si、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu、Al-Fe-V-Si系變形鋁合金粉末中的任意一種的混合物，外層鋁合金材料為Al-Cu、Al-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金鑄錠，優選Al-Cu、Al-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu系變形鋁合金鑄錠中的任意一種。本專利技術的有益效果：依靠擠壓的高溫高壓作用使顆粒增強鋁基復合材料致密化同時與外鋁合金基體之間通過擴散以提高擠壓復合變形能力和提高界面復合強度，解決了單一顆粒增強鋁基復合材料本身塑韌性低和管材擠壓制造困難的關鍵技術。這類復合材料既具有顆粒增強鋁基復合材料的比重小、比強度、比剛度高、彈性模量大、抗氧化性及耐磨性好等優良綜合性能，又具有鋁合金的強度高、斷裂韌性好、加工性能優良等性能；同時，粉末冶金與穿孔熱擠壓復合工藝方法還具有生產工藝簡單、效率高、成本低等特點。這種混雜鋁基復合材料管材在武器裝備、汽車、工程機械等
用作炮管和汽、油缸等有著極其廣泛的應用和發展前景。附圖說明圖1為實施例1制備的混雜鋁基復合材料管材的示意圖，1為外層，2為內層。具體實施方式下面結合實施例進一步說明本專利技術。實施例1首先采用N2霧化法制備8009鋁合金粉末，然后將其與平均直徑為10μm的SiC顆粒進行機械混合，制備出8009Al+15％SiCp鋁基顆粒增強復合材料粉末；選用直徑為Ф180×500mm的6061鋁合金半連續鑄錠，在均勻固溶處理后機加工成直徑為Ф170×32mm管坯；將8009Al+15％SiCp鋁基顆粒增強復合材料粉末裝入6061鋁合金管坯中，采用振動壓實的方法壓實后，在兩端采用20mm厚的6061鋁合金熱軋板通過焊接方式密封，其中一端安裝直徑為Ф8×1mm的純鋁管抽真空30分鐘后封住管口，制成Ф170×540mm混雜鋁基復合材料擠壓錠坯；在箱式電阻爐內將擠壓錠坯加熱到460℃并保溫4小時后，在1800T雙動擠壓機上穿孔擠壓成規格為Ф75×10mm的6061Al/8009Al+15％SiCp管材，擠壓桿速度60毫米/分，擠壓比為11.3。空冷后對管材進行520℃保溫1小時后冷水淬火與175℃/8小時的時效熱處理。用線切割的方式分別從管材的內、外層沿擠壓方向取樣進行拉伸性能檢測試驗，其結果如表1。實施例2首先采用N2霧化法制備8009鋁合金粉末，然后將其與平均直徑為10μm的Al2O3顆粒進行機械混合，制備出8009Al+15％Al2O3鋁基顆粒增強復合材料粉末；選用直徑為Ф180×500mm的6061鋁合金半連續鑄錠，在均勻固溶處理后機加工成直徑為Ф170×32mm管坯；將8009Al+15％Al2O3鋁基顆粒增強復合材料粉末裝入6061鋁本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種混雜鋁基復合材料管材的制備方法，該方法包括：將顆粒增強鋁基復合材料裝入鋁合金管坯中，壓實后，密封鋁合金管坯的兩端，同時其中一端安裝用于抽真空的管道，對鋁合金管坯抽真空后封住管道管口制成混雜鋁基復合材料擠壓錠坯，然后將混雜鋁基復合材料擠壓錠坯加熱保溫后在雙動擠壓機上穿孔擠壓成管材，空冷后對管材進行加熱保溫、淬火、時效熱處理。

【技術特征摘要】
1.一種混雜鋁基復合材料管材的制備方法，該方法包括：將顆粒增強鋁基復合材料裝入鋁合金管坯中，壓實后，密封鋁合金管坯的兩端，同時其中一端安裝用于抽真空的管道，對鋁合金管坯抽真空后封住管道管口制成混雜鋁基復合材料擠壓錠坯，然后將混雜鋁基復合材料擠壓錠坯加熱保溫后在雙動擠壓機上穿孔擠壓成管材，空冷后對管材進行加熱保溫、淬火、時效熱處理。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述顆粒增強鋁基復合材料為SiC顆粒和/或Al2O3顆粒和鋁合金粉末的混合物，鋁合金粉末為Al-Cu、Al-Si、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg-Cu、Al-Fe-V-Si系鋁合金粉末，優選變形鋁合金粉末中的任意一種。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，SiC顆粒或Al2O3顆粒的平均直徑為8-20μm，優選10-15μm，SiC顆粒或Al2O3顆粒在顆粒增強鋁基復合材料的體積分數為10-30％，優選12-16％。4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其中，鋁合金管坯的兩端使用鋁合金熱軋板焊接密封。5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其中，顆粒增強鋁基復合材料在鋁合金管坯中壓實選自冷壓實和振動壓實，壓實后的相對密度大于70％。6.根據權利要求1-5中任一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉海洋，余先鋒，張輝，
申請(專利權)人：湖南恒裕新材料科技發展有限公司，湖南金馬鋁業有限責任公司，
類型：發明
國別省市：湖南,43