一種高成分均勻性合金及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種高成分均勻性合金及其制備方法，屬于合金制備技術領域。包括：對原材料的待復合表面進行預處理并去除雜質；疊合獲得初始層疊組坯進行冷加工獲得中間坯料；平分剪斷獲得切分坯料，并對其擬結合表面進行表面處理；疊合獲得中間層疊組坯進行冷加工，獲得二次中間坯料；重復前兩步驟，獲得累積疊軋坯料；初次擴散熱處理并快冷至室溫，獲得初次擴散態坯料；形變處理，獲得形變態坯料；二次擴散熱處理，并快冷至室溫，獲得二次擴散態坯料；重復前兩步驟，獲得所需合金。本發明專利技術可以獲得高成分均勻性的合金，有效縮短合金的成分均勻化時間，同時具有成分可控性好及所需設備簡單等優點，應用及推廣前景廣闊。應用及推廣前景廣闊。應用及推廣前景廣闊。

【技術實現步驟摘要】
一種高成分均勻性合金及其制備方法


[0001]本專利技術屬于合金制備
，特別涉及一種高成分均勻性合金及其制備方法。

技術介紹

[0002]累積疊軋
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擴散合金化法是基于累積疊軋大塑性變形與擴散熱處理相結合的基本原理，利用累積疊軋劇烈塑性變形獲得同種或異種彌散分布的細小金屬塊，并通過擴散熱處理方式使彌散細小的金屬塊發生“溶解”而實現元素擴散形成合金的金屬制備方法。作為一種通過元素擴散的方式實現合金制備的固態合金化方法，傳統的累積疊軋
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擴散合金化法實施過程中普遍存在因元素擴散程度不足而引起的合金成分均勻性差，最終惡化合金綜合性能的問題。因此，對合金制備過程中元素的擴散均勻性程度進行調控將直接影響累積疊軋
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擴散合金化法制備合金的性能。
[0003]眾所周知，提高溫度或延長時間產生的熱效應可以增大元素擴散系數，降低元素遷移擴散的難度，是提高元素擴散均勻性的重要手段。截止目前，已有研究人員采用傳統的累積疊軋
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擴散合金化法制備出Cu
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Zr和Al
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Mg等合金，在擴散熱處理過程中利用熱效應來驅動元素擴散，在一定程度上實現了對合金成分均勻性的調控；但是，在采用傳統的累積疊軋
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擴散合金化法制備合金的過程中，由于累積疊軋過程劇烈的剪切作用使坯料的層疊界面處發生了多方向的金屬流動，促使多個方向的非共面滑移系同時開動，引起滑移帶交叉滑移并彼此相遇，最終形成了難以繼續遷移的Taylor晶格。Taylor晶格作為滑移帶互鎖結構，是位錯持續運動的障礙并穩定存在于基體。在隨后的擴散熱處理過程中，纏結有大量位錯的Taylor晶格雖然可以作為擴散通道實現小范圍元素遷移，但由于Taylor晶格的分布范圍有限且遷移困難，無法完成合金中元素的大范圍均勻擴散。并且，隨著擴散熱處理時間的增加，位錯密度逐漸降低，元素的遷移驅動力衰減，使元素擴散速度大幅降低，無法制備得到高成分均勻性的合金，難以獲得滿足使用要求特別是高標準使用要求的高性能合金。
[0004]綜上所述，傳統的累積疊軋
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擴散合金化法利用熱效應驅動元素擴散，難以制備高成分均勻性的合金，給合金性能帶來不利影響。有鑒于此，開發一種高成分均勻性合金的制備新方法，獲得高成分均勻性的合金，對制備綜合性能優異的均質合金具有重要意義。

技術實現思路

[0005]針對傳統的累積疊軋
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擴散合金化法存在的不足，本專利技術提出一種高成分均勻性合金及其制備方法。該方法通過反復累積疊軋大塑性變形細化原始坯料，獲得細小金屬塊交替層疊或彌散分布的中間坯料，然后通過初次擴散熱處理獲得初步實現合金化的初次擴散態坯料，在此基礎上進行反復的形變處理和二次擴散熱處理，進行合金成分均勻性的深度調控，最終獲得高成分均勻性的合金。合金成分均勻性的深度調控過程一方面利用擴散熱處理的熱效應促進元素擴散；另一方面，利用形變效應促進金屬流動使處于互鎖狀態的Taylor晶格重新開動并釋放可動位錯，同時，通過形變效應提高新生位錯密度，從而為后續進一步擴散熱處理過程中利用熱效應促進元素遷移提供高擴散率通道，提高元素擴散速率
并擴大元素擴散范圍，通過熱效應與形變效應的協同作用為擴散合金化過程元素的擴散提供相對穩定持久的高水平驅動力，進而加快合金成分的均勻化分布，進一步提高合金成分的均勻化程度。本專利技術的目的是提供一種高成分均勻性合金的制備方法，解決傳統的累積疊軋
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擴散合金化法存在的無法制備成分高度均勻的高性能合金的問題，提升合金的成分均勻性，為制備綜合性能優異的高成分均勻性合金提供新思路。
[0006]根據本專利技術技術方案的第一方面，提供一種高成分均勻性合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0007]步驟一：對原材料的待復合表面進行預處理，去除所述待復合表面的雜質；
[0008]步驟二：對經過所述預處理后的所述原材料進行疊合，獲得初始層疊組坯；將所述初始層疊組坯進行冷加工，獲得初始中間坯料；
[0009]步驟三：將所述中間坯料按等長尺寸平分剪斷，獲得切分坯料，并對所述切分坯料的擬結合表面進行表面處理；
[0010]步驟四：將經過所述表面處理后的所述切分坯料進行疊合，獲得中間層疊組坯；將所述中間層疊組坯進行冷加工，獲得二次中間坯料；
[0011]步驟五：重復所述步驟三和所述步驟四，獲得累積疊軋坯料；
[0012]步驟六：對所述累積疊軋坯料進行初次擴散熱處理，并快冷至室溫，獲得初次擴散態坯料；
[0013]步驟七：對所述擴散態坯料進行形變處理，獲得形變態坯料；
[0014]步驟八：對所述形變態坯料進行二次擴散熱處理，并快冷至室溫，獲得二次擴散態坯料；
[0015]步驟九：重復所述步驟七和所述步驟八，獲得所需合金。
[0016]進一步地，所述步驟一中，采用物理方法或化學方法對原材料的待復合表面進行預處理；所述步驟三中，采用所述物理方法或所述化學方法對所述切分坯料的擬結合表面進行表面處理；
[0017]所述步驟一和所述步驟三中的所述物理方法包括百葉片打磨、磨輪打磨、釬焊金剛石碗打磨、鋼絲刷打磨或砂紙打磨中的至少一種；所述步驟一和所述步驟三中的所述化學方法包括工業酒精擦拭或丙酮浸泡中的至少一種。
[0018]進一步地，所述步驟二和所述步驟四中的所述冷加工包括冷軋、冷擠壓、冷鍛壓、冷拉拔或冷沖擊中的至少一種；所述冷加工的變形量為30％
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70％。
[0019]進一步地，所述步驟二中的所述初始層疊組坯的層厚比根據目標合金的成分百分含量進行確定與調控。
[0020]進一步地，在所述步驟二中增加對所述初始層疊組坯的鉚接處理、焊接處理、捆綁處理或周邊機械約束處理。
[0021]進一步地，根據材料硬化程度，在所述步驟一之前或在所述步驟三之前增加對所述原材料或所述中間坯料的退火軟化處理；所述退火軟化處理包括氣氛圍退火處理、真空退火處理、還原性氣氛退火處理或保護氣氛退火處理中的至少一種。
[0022]進一步地，所述步驟六和所述步驟八中的所述擴散熱處理包括空氣氛圍擴散熱處理、真空擴散熱處理、還原性氣氛擴散熱處理或保護氣氛擴散熱處理中的至少一種；所述擴散熱處理溫度為固液轉變溫度以下10
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150℃。
[0023]進一步地，所述步驟七中的所述形變處理包括冷軋、冷擠壓、冷鍛壓、冷拉拔或冷沖擊中的至少一種；所述形變處理的變形量為5％
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40％。
[0024]進一步地，所述步驟五和所述步驟九中，重復次數為1
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10次。
[0025]根據本專利技術技術方案的第二方面，提供一種高成分均勻性合金，其特征在于，所述高成分均勻性合金采用如以上任一方面所述的制備方法制備獲得。
[0026]本專利技術的優點是：
[0027]1、本專利技術通過反復累積疊軋大塑性變形細化原始坯料，獲得細本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高成分均勻性合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：對原材料的待復合表面進行預處理，去除所述待復合表面的雜質；步驟二：對經過所述預處理后的所述原材料進行疊合，獲得初始層疊組坯；將所述初始層疊組坯進行冷加工，獲得初始中間坯料；步驟三：將所述中間坯料按等長尺寸平分剪斷，獲得切分坯料，并對所述切分坯料的擬結合表面進行表面處理；步驟四：將經過所述表面處理后的所述切分坯料進行疊合，獲得中間層疊組坯；將所述中間層疊組坯進行冷加工，獲得二次中間坯料；步驟五：重復所述步驟三和所述步驟四，獲得累積疊軋坯料；步驟六：對所述累積疊軋坯料進行初次擴散熱處理，并快冷至室溫，獲得初次擴散態坯料；步驟七：對所述擴散態坯料進行形變處理，獲得形變態坯料；步驟八：對所述形變態坯料進行二次擴散熱處理，并快冷至室溫，獲得二次擴散態坯料；步驟九：重復所述步驟七和所述步驟八，獲得所需合金。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，采用物理方法或化學方法對原材料的待復合表面進行預處理；所述步驟三中，采用所述物理方法或所述化學方法對所述切分坯料的擬結合表面進行表面處理；所述步驟一和所述步驟三中的所述物理方法包括百葉片打磨、磨輪打磨、釬焊金剛石碗打磨、鋼絲刷打磨或砂紙打磨中的至少一種；所述步驟一和所述步驟三中的所述化學方法包括工業酒精擦拭或丙酮浸泡中的至少一種。3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟二和所述步驟四中的所述冷加工包括冷軋、冷擠壓、冷鍛壓、冷拉拔或冷沖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉雪峰，涂英明，王文靜，馮啟航，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：