[发明专利]一种制备高强韧金属基复合材料的冷处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强韧金属基复合材料的制备技术领域，特别涉及到一种深冷处理金属基复 合材料时脉冲磁场的应用方法。

背景技术

制备高强韧金属材料是材料学者的追求目标，但是从强化机制看，材料的强度和韧性存 在着此消彼长的矛盾。随着国家产业结构的调整和国民经济的发展，航空、航天、高客、军 工等行业得到长足发展，对轻质高强韧金属材料提出了迫切需求。因此急待研究一种新的材 料制备和处理方法，使得金属材料在获得高强度同时具有高韧性特征。

从现有技术看，即通过多道次或多角度挤压或轧制等实现金属材料(常见钢、铝合金) 的晶粒细化，还有些其他方法。经文献检索发现，现有改善材料强韧性的中国专利有：一种 改善超高强铝合金强韧性的热处理工艺CN200410023090.2，控制合金组织中晶界平衡相发生 球化，在保证合金强度不降低或有所提高基础上，提高合金韧性，原理在于减少合金晶界处 脆性相；中国专利：一种高强韧挤压铸造铝合金材料CN200510037105.5，通过挤压铸造和 淬火+不完全人工时效方法制备的铝合金材料具有强韧特征，通过发挥细晶强化使材料具有 高强韧特征；中国专利：高强韧和低热裂倾向的铸造铝基合金材料CN01127654.1，通过调 控合金成分制备高强韧铸造铝合金，该方法对提高合金强韧性是有一定局限的。以上三种制 备高强韧铝材的对象都是铝合金，对其他高强韧金属、合金或其复合材料的研究较少。本发 明旨在制备高强韧金属基复合材料，即用颗粒或纤维增强金属基体。金属基复合材料结合了 金属基体和增强相的优点，使得材料的综合性能改善，逐渐成为一种应用越来越广泛的新型 材料。按照前期文献或研究结果，颗粒/纤维增强金属基复合材料具有高强、高耐磨的典型 特征，但材料韧性下降，存在此消彼长的不足之处。如何解决铝基复合材料强韧性间的矛盾， 即制备高强韧铝基复合材料成为亟待解决的材料类关键问题。

2009年4月17日出版的《科学》杂志里卢柯教授与美国科学家联合指出：为了使复合 材料获得良好的综合强韧性能，强化界面应具备三个关键结构特征(自定义作“卢柯三要 求”)：(1)界面与基体之间具有晶体学共格关系。(2)界面具有良好的热稳定性和机械稳定 性；(3)界面特征尺寸在纳米量级(＜100nm)，即是用纳米尺度共格界面来实现材料的强 韧化。由此想到，如能在复合材料中制备出具有高密度纳米尺度的孪晶结果(孪晶层片厚度 ＜100nm)，则可以实现高强韧铝基复合材料的制备目的，并通过实践，采用脉冲电解沉积 技术在纯铜样品中制备出具有高密度纳米尺度的孪晶结构。检测发现随孪晶层片厚度减小， 样品的强度和拉伸塑性同步显著提高。但是生成“高密度纳米尺度的孪晶结构”的可行途径 仍在积极探索中。

从组织特征上看，在增强相/基体界面存在高密度位错。当对复合材料进行深冷处理时， 因低温材料发生收缩的塑性变形，在内部产生大量位错。从材料科学基础原理可知，当位错 快速运动时可以诱发纳米孪晶，寻找具有高能量的位错驱动力就成为关键问题。

本发明利用脉冲强磁场的瞬时冲击效应，促使深冷处理复合材料中的高密度位错进行高 速运动，诱发孪晶生成。针对深冷和磁场处理相结合的研究方法，文献检索表明，与该技术 相关的发明专利有：中国实用新型专利92243315提供一种深冷处理箱，只能进行材料的液 氮处理；中国实用新型专利CN2520936Y提出一种深冷和高温超导磁场处理材料的装置， 主要是提供一种可以同时进行深冷和磁场处理的装置，没有涉及材料的处理方法，比如深冷 处理制度、磁场参数设置与材料种类间的关系。

综上所述，本发明将深冷处理和脉冲磁场共同应用到金属基复合材料的处理过程中，在 保持增强相强化效果的同时，利用一定强度的脉冲瞬时冲击效应，在深冷处理的金属基复合 材料中诱发高密度纳米孪晶，使得材料具有高强韧的组织特征和力学性能。开辟了一条制备 高强韧金属基复合材料的可行性途径。

发明内容

本发明的目的是在金属基复合材料深冷处理过程中，施加强脉冲磁场利用脉冲冲击效 应，促使材料中高密度位错快速运动，诱发高密度纳米孪晶生成。提供一种制备高强韧铝基 复合材料的新方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一步：铸态金属基复合材料的制备。