[发明专利]一种具有超高强度和可控塑性的铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料的制备方法，特别提供一种具有超高强度和可控塑性的铝基复合材料的制备方法。

背景技术

由于资源的不可再生会给人类社会带来灾难，所以人们对一些特殊领域的材料如航空、航天等提出了性价比高、高强轻质化等要求，目前航天飞机、航空战斗机等的机身材料都是以钛合金、有机复合材料为基础，材料质量较大导致燃料消耗较多，因此，近年来主要工业发达国家正在向以高强轻质材料为中心进行工业转型。

与传统的铝合金相比，铝基复合材料具有超高的强度、良好的塑性以及优异的耐腐蚀性能，目前，限制其主要应用的是其可加工性，即塑性，无法满足实际工程应用的需要。在实用铝基复合材料体系中，国内外仍未发现具有1500MPa以上的强度同时具有20%以上塑性的合金体系，所以，同时解决其强度和塑性的问题一直备受关注并具有一定挑战性。块体铝基非晶具有超高强度>1100MPa，但塑性仅有2%，要解决此问题，复合材料的研究势在必行。2003年，德国科学家J.Eckert首次报道了Ti基金属玻璃的复合材料可以提高塑性并保持强度，这一观念的提出突破了以往人们研究仅仅停留在具有高强度的非晶合金上，之后，美国著名科学家W.L.Johnson在Pt基金属玻璃中发现了同样可以提高塑性并保持强度的组织，使复合材料的研究进入白热化。值得注意的是，这些具有高强度大塑性的材料多半由非晶合金转变而来，随着2009年本组研究的铝基非晶（专利授权号zl200910010727.7）的问世，其复合材料的力学性能研究是当前铝基复合材料发展的重要内容之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度和可控塑性的铝基复合材料的制备方法，该方法突破了以往铝基复合材料高强度和大塑性不能共存的问题，制备出的铝基复合材料具有1500MPa以上的断裂强度，并且其塑性可达到21%，已超过目前高强钢材的水平，同时具有良好的高温稳定性。它的出现为发展高性价比、高强轻质材料提供了一条新的途径，使超高强度铝基复合材料作为结构材料的应用成为可能。

本发明具体提供了一种具有超高强度和可控塑性的铝基复合材料的制备方法，所述复合材料的具体成分为原子百分比为：

Ni：    5.5~7

Co：    1~2

Y：     4~5

La：    1~2

Al：    余量；

其特征在于，所述复合材料采用等温退火方法制备，具体工艺参数为：退火温度380℃，退火时间0~120min，氩气气氛。

本发明所述的超高强度和可控塑性铝基复合材料的制备方法，其特征在于：采用真空熔体急冷铜模浇铸法制备出铝基非晶合金样品，真空熔体急冷铜模浇铸，具体工艺参数为：真空度不低于1.0×10^-5mbar，氩气保护压力100~300mbar，浇铸温度1100~1300℃，保温时间30~90s，喷吹压力差600~800mbar。

本发明所述的超高强度和可控塑性铝基复合材料，其组成元素的纯度分别为：Al、Ni、Co>99.9%，La、Y>99%。

本发明所述的超高强度和可控塑性铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述等温退火为DSC等温退火，该退火方式能十分精确的控制温度，并可检测退火的状态曲线。

本发明所述超高强度和可控塑性的铝基复合材料的制备方法，其具体工艺步骤为：首先采用电弧炉熔炼成母合金，熔炼次数大于5次；之后采用感应炉进行重熔并进行铜模浇铸，随后进行等温退火。随着退火时间不同得到不同塑性并保持超高强度。浇铸的工艺参数为：抽真空，真空度不低于1.0×10^-5mbar，再通入氩气保护，压力为100~300mbar，浇铸温度1100~1300℃，保温时间30~90s，喷吹压力差为600~800mbar。等温退火的工艺参数为：退火温度为380℃，退火时间0~120min，氩气气氛。

本发明提供的超高强度和可控塑性的铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所述退火时间决定复合材料的强度和塑性，在退火时间为60min时，出现最大塑性为21%，同时复合材料的强度为1500MPa。

采用本发明提供的制备方法能够制备出超高强度和可控塑性的铝基复合材料，其组织特征为纳米Al为基体夹杂金属间化合物的复合结构特征，所得复合材料具有以下优点：

1、合金成本非常低。

2、超高断裂强度，可达1500MPa以上。

3、超大塑性并可控，最大塑性为21%。

附图说明