[发明专利]一种提高铝合金抗高温蠕变的改性方法

说明书

本发明涉及一种提高铝合金抗高温蠕变的改性方法，通过在待焊区域的铝合金板材上开槽并在槽内添加纳米粉芯丝材，所述纳米粉芯丝材具有壳‑核结构，壳层为7075铝合金挤压型材，核芯包括重量被分数为ZrB₂ 20％、7075铝合金50％、TiC 30％的纳米粉芯，进行搅拌摩擦处理即可有效将纳米颗粒添加至铝合金的待焊区域中，并能提高材料的抗高温蠕变性能；在搅拌摩擦处理后再通过激光冲击强化的方法可使铝合金搅拌摩擦待焊区域的蠕变性能更进一步提高；本发明方法不仅能有效提高铝合金待焊区域的抗高温蠕变性能，更是一种简单有效、绿色环保的工艺，能够适用于大小不同的各种场合，具有较强的使用价值。

技术领域

本发明涉及金属改性技术领域，具体涉及一种提高铝合金抗高温蠕变的改性方法。

背景技术

7075铝合金是一种超强的航空材料，其抗拉强度几乎与钢相等而密度却只有钢的1/3，不但在航空器制造中获得了广泛应用，还在其他装备特别是交通运输器械方面得到广泛应用。对于其进行热焊接时由于合金元素中铝、锌、镁、铜等分子流动速度的不均匀性使其在高温服役领域的大量应用中导致待焊区域的蠕变开裂或7075铝合金板材产生裂纹，因此7075铝合金的抗高温蠕变性能的提高是亟待解决的问题。

目前，铝合金的强化方式一般有以下4种，①固溶强化，将合金元素溶入到合金基体后，溶质原子将引起基体材料的晶格畸变，由于晶格畸变产生的局部应力场和应变场的相互作用，阻碍位错的运动，从而提高材料的抗变形能力；②细晶强化，由于晶界上原子排列混乱，晶界两侧的晶粒存在较大的取向差，因此，晶界可以阻碍位错从一个晶粒向另外一个晶粒运动，晶界强化的效果和晶粒尺寸大小有关，晶粒越细小，对位错运动的阻碍作用越强烈，强化效果就越好；③形变强化，变形过程中，由于材料塑性变形的影响，材料内部缺陷(主要是位错)的密度和分布发生变化，导致位错密度的增加和位错之间的相互缠结，位错在运动过程中受到的阻力增大，材料的抗变形能力得到提高；④第二相强化，材料中弥散分布的第二相会对位错起到钉扎作用，阻碍位错的运动，从而增加材料的强度。第二相的强化机制主要有共格强化，化学强化，模量强化和奥罗万强化。而强化效果受到第二相的尺寸、体积分数、第二相本身性质的影响。而材料的变形强化效果也受变形温度、变形程度、变形速度和晶粒度等因素的影响。

但以上4种方法均只能提高材料的强度和抗变形能力，对于材料的抗高温蠕变性能的提高还有待进一步解决。

另外，现有技术中添加纳米颗粒的添加方式一直是棘手的问题，纳米颗粒添加方式的不当其一不能达到增强铝合金蠕变性能的要求，其二不仅会带来一定的污染，甚至在焊接过程中具有纳米尺度的纳米颗粒物容易穿过人体细胞膜进入细胞(神经细胞、肝细胞等)内，损伤细胞膜以及干扰细胞内的生理活性，对人体造成一定的伤害。

发明内容

为了解决现有技术中纳米颗粒的不当添加方式以及铝合金材料在高温服役下的蠕变开裂产生裂纹的技术问题，而提供一种提高铝合金抗高温蠕变的改性方法。本发明通过搅拌摩擦将纳米粉芯丝材添加进铝合金中同时改变粉芯丝材的添加方式，有效地将纳米颗粒添加至铝合金中，使得铝合金的抗高温蠕变性能大大提高，本发明方法简单有效、绿色环保。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种提高铝合金抗高温蠕变的改性方法，包括如下步骤：

将需改性的铝合金板材进行轧制、铣床加工，然后在需要焊接的区域进行切割开槽，所述槽满足铝合金板材强度需求并容纳纳米粉芯丝材，然后进行搅拌摩擦处理，即得到改性后的抗高温蠕变铝合金。开槽要做到既能保证铝合金的强度需要，又能放入纳米粉芯丝材，根据纳米粉芯丝材的大小进行切割。

进一步地，所述改性方法在搅拌摩擦处理后还包括进行激光冲击强化处理。

进一步地，所述纳米粉芯丝材具有壳-核结构，所述壳-核结构的壳层为7075铝合金挤压型材，核芯为纳米粉芯。