[发明专利]一种基于纳米原位/析出相调控机制的高强韧铝合金型材的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米原位/析出相调控机制的高强韧铝合金型材的制备方法，首先在传统挤压铝合金(Al‑Mg‑Si系合金)的基础上提高Mg、Si元素的含量并加入Cu来进行微合金化处理，然后采用混合盐法制备TiB₂和Mg₂Si多元增强原位增强铝合金并进行挤压处理，最后利用Cu调控GP区或β″前驱相的析出强化效果，得到高强韧的铝合金型材。本发明基于纳米原位/析出相调控机制研发的高强韧铝合金型材具有高的比强度、比刚度，优良的高温力学性能和耐磨性，可广泛应用于汽车、通讯、轨道交通、航空航天等领域。同时，产品具有国际市场竞争力，推广应用价值巨大，市场前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种高强韧铝合金型材的制备方法，具体地说是一种基于纳米原位/析出相调控机制的高强韧铝合金型材的制备方法，属于高性能铝基材料技术领域。

背景技术

随着汽车、通讯、轨道交通、航空航天等行业发展，要求铝合金产品具有大型、复杂、薄壁等特点。传统的铝合金材料局限于其较低的硬度和耐磨性、高线性膨胀系数和大体积收缩率已经不能满足性能要求，而铝基复合材料可以弥补这方面的缺点。复合材料中的增强相可以提高基体的硬度、耐磨性等缺点，这方面具有巨大的实际意义及综合价值。有些铝基复合材料已经在卫星、飞机等高端领域得到一定的应用，但传统的铝基复合材料仍然存在一定的问题。

传统的外加颗粒制备方法获得的颗粒尺寸一般较大，难以加入，润湿性差，且与基体结合强度低，容易发生团聚偏析等问题，而原位法可以避免这方面的缺点。原位增强合金的增强相直接在熔体内形成，增强相的尺寸相对较低，而且增强相与基体直接全面接触，所以不存在润湿性的问题，结合强度也相对较高，因此原位增强铝合金的强韧性相比传统铝合金都有了很大的提高。经过数十多年的发展，已研究出许多较成功的纳米原位增强材料制备的新技术，如自蔓延高温合成技术、混合盐反应法、反应喷射沉积、反应机械合金化等，但由于增强相易团聚或偏聚，严重制约了纳米原位增强材料的广泛应用。

铝合金型材中Al-Mg-Si系属于可热处理强化合金，材料的性能与微观组织结构，尤其与热处理过程中形成的析出相密切相关，微合金化及热处理工艺优化可调控析出相的类型、数量、尺寸及分布，获得高强韧的铝合金。因此，基于纳米原位/析出相调控机制研发的高强韧铝合金型材是行业发展趋势，具有重要的意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，旨在提供一种基于纳米原位/析出相调控机制的高强韧铝合金型材的制备方法。本发明获得的高强韧铝合金型材具有高的比强度、比刚度，优良的高温力学性能和耐磨性，可广泛应用于汽车、通讯、轨道交通、航空航天等领域。同时，产品具有国际市场竞争力，推广应用价值巨大，市场前景广阔。

本发明基于纳米原位/析出相调控机制的高强韧铝合金型材的制备方法，首先在传统挤压铝合金(Al-Mg-Si系合金)的基础上提高Mg、Si元素的含量并加入Cu来进行微合金化处理，然后采用混合盐法制备TiB₂和Mg₂Si多元增强原位增强铝合金并进行挤压处理，最后利用Cu调控GP区或β″前驱相的析出强化效果，得到高强韧的铝合金型材。

本发明提高了传统挤压铝合金(Al-Mg-Si系合金)中的Mg、Si元素含量，从而在TiB₂异质形核核心作用下形成足够的Mg₂Si强化相，Mg₂Si和TiB₂配合可实现大体积分数的弥散增强。

本发明在设计合金成分时添加了适量的Cu，利用Cu调控GP区或β″前驱相的析出强化效果。Cu的加入会促进GP区或β″前驱相的析出，并进入到GP区或β″前驱相，显著改变早期相的形貌。本发明添加Cu是利用Cu来调控时效过程的析出相的形貌和数量，而不是利用Cu引起固溶强化增强合金强度。含Cu合金时效过程中的早期析出相的数量密度和体积分数更高，而析出相的尺寸更细小，合金强度更高，从而获得高强韧的铝合金型材。