[发明专利]铝合金复合材料

说明书

本发明涉及具有高的强度、硬度和良好延展性的铝合金材料。改材料是铝-锂合金伟基带有强化物的复合材料，借助喷涂沉积而形成。

为发展应用与航空(航天)领域的高硬度铝合金，人们已经作了很大的努力。获得这种材料的尝试已经集中于发展传统的驻锭铸造技术来生产含锂量达3％(重量)的铝合金。这种合金的弹性模量改善了约10％(达约80GPa)，同时密度降低了约10％(达约2.54Mg/m³)。众所周知，Ll-Li合金的延展性很差。事实上，脆性问题使用铸造冶金法生产的铝合金中的锂含量被限制在达约3％(重量)。其它可选择的生产途径，如粉末冶金法，由于其所需的加工费用较昂贵，故很少被人注意。

第二种可获得这种具有良好的强度/硬度与重量之比的材料的途径是制备金属基复合材料。这类材料与AL-Li合金相比对于弹性模量的提高有更大的潜力(可达约150GPa以上)。这类材料的发展已主要集中在生产含须或纤维的强化合金上。这类方法要求有复杂的工艺路线，若再考虑到原材料的价格昂贵问题，即便其在弹性模量上有很大的改善，但还是带来了巨大的成本负担。高长度/直径比的强化物的使用还可导致显著的各项异性。进来，更多的注意力被吸引到颗粒强化金属基复合材料上来。虽然，比较地讲，其在弹性模量上的改进只属中等，但它具有各项同性。这类金属基复合材料的生产方法已有多种，报道最多的是粉末混合法。中所周知，在铝合金中加入强化物不仅能增加弹性模量，而且会降低延展性。加入10％(体积)的颗粒状强化物，一般地讲，会使铝合金的雁阵型降至原有数值的25％左右。因此，通常金属基复合材料的延展性较低，不适于用在对延展性要求较高的场合。

例如，D.Webster(冶金文摘1982年第13A卷，第1511页——Met.Trans,13A,P1511,1982)借助粉末冶金技术制备了用SiC须强化的Al-Li(合金)基复合材料。但除一例外，所有实例均被报道说是脆性的，而且在达到0.2％拉伸屈服强度(∮0.2)之前就发生断裂。例外的一例(未说明其延展性)是以低强度二元Al-Li合金为基的。

Ep-45622A是关于经机械合金化的弥散强化铝-锂合金。弥散体的尺寸为亚微米级且是于现场形成。

VONBradskyG.等在《材料科学杂志》(JournalofMaterialsScience)1987年第22期，1469～1476页阐述了一中借助气体雾化生产10微米以下的Al-Li合金速固化粉末的方法。

用喷铸的方法制备金属沉积产品(如铝)的方法在一系列专利中均有描述，其中以GB-1379261和GB-1472939最有代表性。该技术包括：通过将熔融金属流雾化以形成热金属粒子雾；将粒子雾喷到模体上以便在其上形成所需要的沉积层；确定气体的温度和流速以便在(金属粒子)飞行及沉积期间从雾化的金属颗粒中吸收足够的、可以控制的热量，由此，使沉积物的固化不依赖于模体的温度和/或模体的热性能。熔融金属滴的平局直径超过10微米，一般为50～200微米。用这种方法得到的沉积层基本上是非颗粒性的，无偏折，致密程度超过95％，且具有基本上是均匀分布的封闭内核(closedinternalpore)结构。

英国专利说明书2172825和2172827描述了喷铸技术在制造金属基复合材料上的使用。

本发明是建立于几个令人感兴趣的发现之上。首先，已知的喷铸技术可以用于Al-Li合金，这种材料的生产非常容易。该合金并不像原先所预料的那种会在喷组过程中堵塞喷咀。其次，在喷铸材料中加入强化物不但增加硬度而且还使沉淀物获得了显著的机加工延展性，(一般情况下，加入10％(体积)的强化物颗粒至少可使产品的延展性比没有强化物的合金提高0.5倍)。再者，用喷涂沉积生产的驻锭没有表现出由残余应力引起开裂的迹象。由于这种开裂是传统技术铸造的Al-Li铸钉存在的主要问题，因而，这种效果就特别令人感兴趣(见JournaldePhysique,Colloq.C3,9增刊，48卷，1987年9月，第26页，P.E.Bretz的报告，及GB-1605035。后者指出：传统喷铸公益辉在最外侧的金属沉积层中产生残余拉伸应力，而这种残余应力容易引起沉积层的开裂或基体的变形)。

本发明提供了一中通过喷铸方法生产的由Al-Li合金基体和强化物构成的金属基复合物，它经挤压和时效硬化处理后，具有下述性质：

0.2％屈服强度——≧400MPa

拉伸强度——≧440MPa

延伸率——≧2.0％

弹性模量——≧85GPa