[发明专利]一种高强高韧的铝合金复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高强高韧的铝合金复合材料，其特征在于，该复合材料由基材和增强体组成，所述基材为铝合金，所述铝合金上还具有Al₂O₃涂层，所述增强体为碳纤维束丝和TiC颗粒；

该复合材料的制备方法包括以下步骤：

1)将碳纤维束丝缠绕在铝合金芯棒表面预切的网格状切槽中，铝合金芯棒不断做周向旋转，旋转速度5mm/s；将纯Al在坩埚熔炼炉熔化，加注到金属液包中，通入气压为0.7～0.85MPa的高压氮气将金属液雾化，在雾化器通入氧气与纯Al液滴发生氧化反应，沉积距离为400～450mm，在芯棒表面沉积形成Al₂O₃涂层获得了预置芯棒；

2)将Al、Cu、Mn、Mg金属块按质量分数进行配制原料，添加到坩埚熔炼炉熔化，获得的铝合金液体注入到金属液包中，备用；

3)将TiC颗粒在球磨机中以100～150rpm转速机械球磨1～2h后粒度达到10～20μm；TiC粉末超声震荡充分搅拌加注到喷射沉积设备的固体颗粒流化输送器中；

4)将步骤3)和步骤2)中的输送器和雾化器同时通入气压为0.7～0.85MPa氮气，将铝合金液和TiC粉末同时雾化，沉积在周向旋转的步骤1)所得的预置芯棒上获得铸坯，芯棒旋转速度5mm/s；

5)将步骤4)获得的铸坯放到热挤压机中预热至450～500℃，保温30min，在温度为520℃，挤压比为20～30，挤压速度为1～3mm/s的条件下热挤压成管材；

6)将步骤5)获得的挤压管材进行第一级固溶处理，固溶温度470±5℃，保温时间2h；第一级固溶处理后的管材进行第二级固溶处理，固溶温度490±5℃，保温时间1h，室温水冷，转移时间≤12s；

7)将步骤6)中第二级固溶处理后的管材进行人工时效处理，时效温度190±5℃，保温时间12h。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，在复合材料中碳纤维束丝和TiC颗粒所占基材的体积百分数为30～50％和8～15％。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的碳纤维束丝包含500～1000根单纤维，单根纤维直径为5～10μm。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的铝合金中各元素的质量分数为Cu 3.8～4.9％、Mg 1.2～1.8％、Mn 0.30～0.90％，其余为Al。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的TiC颗粒粒径为10～20μm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料在制备钻杆中的应用。