[发明专利]一种消除低应变速率条件下铝镁合金波特文-勒夏特利埃效应的方法

说明书

本发明公开了一种消除低应变速率条件下铝镁合金波特文‑勒夏特利埃效应的方法，包括：工业高纯铝加热至熔化，用高温覆盖剂覆盖后升温；KBF₄和K₂TiF₆按比例混匀，烘干后加入熔体内机械搅拌；反应结束后取出反应副产物，冷却浇铸得到的TiB₂/Al母料加热至熔化后继续升温，加入无害铝合金精炼剂除渣精炼；控制温度依次加入工业高纯铝和工业高纯镁，升温除渣后机械搅拌；在熔体中加入覆盖剂，抽取至真空10min，浇入铸模形成铸坯；所得原位自生TiB₂颗粒增强的Al‑Mg合金复合材料单向热挤压变形。本发明通过将原位自生的TiB₂纳米陶瓷颗粒引入铝镁合金的方法，消除铝镁合金在低应变速率下的波特文‑勒夏特利埃效应。

技术领域

本发明属于铝镁合金加工技术领域，具体涉及一种消除低应变速率条件下铝镁合金波特文-勒夏特利埃效应的方法。

背景技术

现代科技术的发展使得工业应用对材料性能的要求逐步提高，特别是航空航天、汽车制造、电子仪器等高精端领域，对材料的综合性能有着极其严格的要求。这些领域通常要求材料不仅具有较高的强度和良好的塑性，还要求具有优良的比强度和比刚度。在轻量化思想和可持续发展理念深入人心的今天，铝镁合金凭借其较高的比强度、良好的抗腐蚀性能和可回收利用等特性在结构材料领域占据着一席之地。

然而实验表明，室温条件下，铝镁合金在变形过程中会出现一种特殊的反复的塑性失稳现象——波特文-勒夏特利埃(Portevin-Le Chatelier，PLC)效应，该效应反映为时域和空域上的异常表现：时域应力曲线表现为重复的锯齿形屈服曲线，时域应变曲线表现为台阶状上升过程；空域上则出现局域变形带，即PLC变形带。这种PLC变形带可以用数字散斑相关技术(Digital Speckle Correlation，DSC)进行观测。PLC效应作为一种典型的塑性失稳现象，对合金材料具有很强的危害性，一方面会使得材料在加工或者服役时表面粗糙度降低；另一方面，这种PLC带的出现会导致材料的塑性降低，甚至会造成材料过早的失效。因此，铝镁合金会由于其PLC效应的出现而导致其性能下降，对其工业应用带来极大的安全隐患。

为了尽可能减弱或者消除PLC效应，国内外学者对其产生原因和微观机制进行了长达数十年的研究，然而始终还未形成统一的解释。目前人们普遍能接受的较为主流的解释是基于可动位错与溶质原子、林位错之间的动态交互作用的动态应变时效(DynamicStrain Aging，DSA)机制。有研究表明，位错的运动是间歇式的，可动位错在受到林位错等障碍阻碍时，将停留在障碍前，溶质原子此时会向可动位错偏聚并且钉扎可动位错，从而引起应力的增加。当克服阻碍后，可动位错会快速向下一个障碍处运动，此时溶质原子的扩散速度远小于可动位错的运动速度，因此溶质原子不会随着可动位错一起进行运动。可动位错运动的过程中缺少了溶质原子的钉扎作用，其运动阻力下降，因而外加应力下降。当可动位错运动到下一个障碍物处，将会再次受到阻碍，溶质原子又会重新偏聚到受阻碍的可动位错周围并钉扎可动位错，从而再次引起应力增加。正是由于溶质原子周期性的运动到受阻碍的可动位错周围并钉扎这些可动位错才导致PLC效应的出现，宏观上反映为PLC带的出现。上述解释缺乏直接的实验论证，此外对于位错和溶质原子的具体相互作用也需要更进一步的研究。PLC效应物理机制的不明确性导致消除PLC效应的方法较少，专利CN201810433933.8公开了一种利用脉冲电流辅助汽车用铝合金PLC效应消除的方法，其构成是在铝合金拉伸过程中施加脉冲电流加速位错运动，减少溶质原子与位错的相互作用从而消除PLC效应，但此方法操作难度大、成本高，很难运用到实际生产中，因此急需一种简单实用的方法来消除铝镁合金的PLC效应。

发明内容

本发明针对低应变速率条件下铝镁合金会产生波特文-勒夏特利埃效应的问题，提出了一种在铝镁合金中引入原位自生的TiB₂纳米陶瓷颗粒的方法，该方法制备出的TiB₂纳米陶瓷颗粒增强的铝镁基复合材料在低应变速率下不会产生PLC效应，并且此工艺操作简单，成本低、效率高，可以完全满足铝镁合金工业化生产的需求。