【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種鋁合金復(fù)合材料及成形方法，特別涉及一種原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料及成形方法。
技術(shù)介紹
1、鋁合金因其密度小、質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)勢(shì)，且具有一定的強(qiáng)度、硬度以及耐蝕性能，因此，在汽車制造業(yè)中被廣泛用于制作一些滑動(dòng)摩擦條件下使用的零件。但相比于鋼、鈦合金等金屬材料，鋁合金的強(qiáng)度較低，且表現(xiàn)出較高的磨損率，在高壽命汽車活塞、氣缸等零部件中的使用受到一定限制。陶瓷相因具有高熔點(diǎn)、高彈性模量、高硬度、高耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，已成為提高鋁合金強(qiáng)度及耐磨性的首先材料，典型的陶瓷顆粒有：氧化鋁、zrb2、sic、tic以及石墨等，一定程度上改善了鋁合金的耐磨性。但從顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)陶瓷和鋁合金界面結(jié)合較弱，在較高的應(yīng)力載荷下易產(chǎn)生裂紋，最終表現(xiàn)為鋁合金材料的提前失效，故其強(qiáng)度難以有效提升。另一方面，因鋁的活性較強(qiáng)，在熔煉過(guò)程中極易與氧反應(yīng)形成雜質(zhì)滯留在鋁合金基體中，導(dǎo)致其力學(xué)性能難以提升，進(jìn)而影響了鋁合金零部件的服役性能及壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：本專利技術(shù)旨在提供一種耐磨性和強(qiáng)度優(yōu)異的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料；本專利技術(shù)的另一目的是提供該原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法。
2、技術(shù)方案：本專利技術(shù)所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料包括鋁合金基體，原位減磨相ti2aln、ti2sin及陶瓷強(qiáng)化相aln，且ti2aln、ti2sin與aln的質(zhì)量比為3～5:1～2:1～2。
3、進(jìn)一步地，所述減磨
4、本專利技術(shù)所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，包括以下步驟：
5、(1)將鋁合金粉末進(jìn)行滾壓變形預(yù)處理，使其表面納米化，具有較高的比表面積；
6、(2)將上述表面納米化的的鋁合金粉末與納米tih2粉末球磨混合，獲得混合均勻的鋁合金復(fù)合材料粉末；
7、(3)在氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w環(huán)境下，采用高能激光束對(duì)鋁合金復(fù)合材料粉末進(jìn)行掃略熔凝，使納米tih2粉末分解的氫氣包覆鋁合金，分解的ti與氮?dú)狻X硅合金經(jīng)激光束高溫誘導(dǎo)原位反應(yīng)形成具有層狀潤(rùn)滑功能的ti2aln、ti2sin減磨相和aln陶瓷強(qiáng)化相，獲得原位減磨相ti2aln、ti2sin及陶瓷相aln增強(qiáng)的鋁合金復(fù)合材料。
8、進(jìn)一步地，步驟(1)中鋁合金為alsi12、alsi20、alsi40中一種或多種，滾壓壓力為20～80mpa，滾壓變形預(yù)處理在惰性氬氣條件下進(jìn)行。
9、進(jìn)一步地，步驟(2)中鋁合金粉末與納米tih2粉末的質(zhì)量比為8:1～20:1，球磨混合在惰性氬氣環(huán)境下進(jìn)行。
10、進(jìn)一步地，步驟(3)中氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w的流量比為1:10～1:20，激光束的功率為250～350w。
11、專利技術(shù)原理：本專利技術(shù)面向鋁合金的力學(xué)性能需求，依據(jù)鋁合金的物性特點(diǎn)及層狀氮化物陶瓷優(yōu)異的減磨功能，針對(duì)鋁合金強(qiáng)度與耐磨性不足以及鋁合金激光成形過(guò)程中易氧化問(wèn)題，基于材料設(shè)計(jì)學(xué)及原位反應(yīng)熱力學(xué)條件，以廣泛應(yīng)用的鋁硅合金粉末為對(duì)象，將鋁合金粉末在惰性氬氣條件下進(jìn)行滾壓變形預(yù)處理以提高其表面積，再與納米tih2粉末在惰性氬氣環(huán)境下球磨混合，使納米tih2粉末能均勻吸附于鋁合金粉末表面，在氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w環(huán)境和高能激光束作用下，tih2粉末分解的氫氣包覆鋁合金，產(chǎn)生還原氣氛，進(jìn)一步阻止高溫成形過(guò)程中被氧化，同時(shí)分解的ti與氮?dú)狻X硅合金經(jīng)激光束高溫誘導(dǎo)原位反應(yīng)形成具有層狀潤(rùn)滑功能的ti2aln、ti2sin減磨相和aln陶瓷強(qiáng)化相增強(qiáng)鋁合金，獲得原位多相協(xié)同減磨的高強(qiáng)鋁合金，進(jìn)而提高其耐磨性和強(qiáng)度。
12、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：
13、(1)采用反應(yīng)氣相輔助、激光束高溫誘導(dǎo)相結(jié)合的方式，在鋁合金基體上原位合成具有減磨功能的層狀ti2aln、ti2sin減磨相，能有效提高鋁合金的耐磨性；另一方面，原位形成的aln陶瓷相與鋁合金基體具有相近的物性特征，能顯著提高鋁合金的強(qiáng)度；
14、(2)采用滾壓變形對(duì)鋁合金粉末進(jìn)行預(yù)處理，獲得高比表面能，促使其表面能均勻吸附較多的納米tih2粉末，在高能激光束作用下，tih2粉末分解的氫氣能更好的包覆鋁合金，形成良好的還原氣氛，有效隔絕其與氧的接觸，進(jìn)而避免氧化物雜質(zhì)的形成，影響鋁合金的力學(xué)性能。
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1.一種原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其特征在于，包括鋁合金基體，原位減磨相Ti2AlN、Ti2SiN及陶瓷強(qiáng)化相AlN，且Ti2AlN、Ti2SiN與AlN的質(zhì)量比為3～5:1～2:1～2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其特征在于，所述原位減磨相Ti2AlN、Ti2SiN及陶瓷強(qiáng)化相AlN通過(guò)高能激光束作用下TiH2粉末分解及氮?dú)狻X合金原位反應(yīng)而形成。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(1)鋁合金為AlSi10Mg、AlSi12或AlSi20中一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(1)中的滾壓壓力為20～80MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(1)中滾壓變形預(yù)處理在惰
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(2)中鋁合金粉末與納米TiH2粉末的質(zhì)量比為8:1～20:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(2)中球磨混合在惰性氬氣環(huán)境下進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(3)中氮?dú)夂蜌鍤饣旌蠚怏w的流量比為1:10～1:20。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(3)中激光束的功率為250～350W。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其特征在于，包括鋁合金基體，原位減磨相ti2aln、ti2sin及陶瓷強(qiáng)化相aln，且ti2aln、ti2sin與aln的質(zhì)量比為3～5:1～2:1～2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其特征在于，所述原位減磨相ti2aln、ti2sin及陶瓷強(qiáng)化相aln通過(guò)高能激光束作用下tih2粉末分解及氮?dú)狻X合金原位反應(yīng)而形成。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟(1)鋁合金為alsi10mg、alsi12或alsi20中一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位多相協(xié)同復(fù)合減磨高強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料的成形方法，其特征在于，所述步驟...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊澤宇，丁紅燕，夏木建，朱可蔓，李年蓮，劉愛(ài)輝，周廣宏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：淮陰工學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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