[发明专利]一种高强、高阻尼变形铝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强、高阻尼变形铝及其制备方法。首先通过在纯铝熔体中加入微米级TiB₂粒子并进行快速机械搅拌，使TiB2粒子在铝熔体中均匀分散的同时与Al发生化学反应，形成AlTiB颗粒。利用该化合物其良好的异质形核作用细化纯铝的凝固组织，而其自身则可与铝基体一起产生复合强化作用。最后通过塑性变形加工，使晶粒进一步细化、位错密度大幅增加，从而产生极高的阻尼和强化效应。与普通的纯铝相比，本发明获得的变形铝室温阻尼本领提高75%，高温（350℃）阻尼本领提高5倍以上；铸态抗拉强度提高90%以上，冷轧态抗拉强度提高2倍以上，有利于改善铝型材在减震降噪、缓冲吸能和疲劳等领域的服役效果，提高其使用寿命。

技术领域

本发明涉及合金材料设计与加工领域，特别设计一种具有高强、高阻尼的变形铝合金及其制备方法。

背景技术

轻合金特别是铝合金因其良好的轻质性和力学性能而在诸多工程领域获得了广泛的应用，已经成为航空航天、军工装备、汽车、电子以及轨道交通等国民经济支撑行业的重要结构材料之一。但是，在一些振动、冲击或疲劳等严酷的动态加载条件下，铝合金阻尼性能较低的缺点使之难以满足实际应用的需求，往往引起机械设备精度下降、疲劳断裂或噪声污染等问题。因此，提高铝合金的阻尼性能从而改善其动态下的服役行为，是目前铝合金发展的重要方向之一，也是未来扩大其应用范围亟待解决的重要问题之一。

金属材料的阻尼性能与其微观或亚微观组织缺陷如界面、位错、点缺陷等以及它们之间的交互作用密切相关。根据Zener的经典理论，提高金属材料阻尼性能的重要途径之一，就是设法增加可移动的晶体缺陷密度，同时增大晶体缺陷之间的交互作用，以获得最大的线性阻尼，或将力学放大机制引入材料，从而获得较高的非线性阻尼。根据这一理论，已有多种高阻尼金属材料问世并得到广泛应用。由于商用纯铝或铝合金均属于本征低阻尼材料，通过传统的增加可移动晶体缺陷密度的方法对提高铝合金阻尼性能的作用有限，而通过引入高阻尼次级相增强非线性阻尼的路径又使其力学性能损失较大。因此，寻找一种既能增加可动晶体缺陷密度又能产生微观力学放大机制的新方法，实现阻尼本领提高的同时又能维持或改善力学性能的目标，是目前高阻尼铝合金的主要研究方向和目标。

为了增加组织中的强化组织、晶体缺陷密度及其动性，本发明首先在纯铝熔体中加入微米级TiB2粒子并进行快速机械搅拌，使TiB2粒子在铝熔体中均匀分布，同时与Al发生化学反应，形成AlTiB颗粒，利用其良好的异质形核作用细化纯铝的凝固组织，而AlTiB颗粒又可与铝基体一起产生复合强化作用。最后通过塑性变形加工，使晶粒进一步细化、位错密度大幅增加，从而产生极高的阻尼和强化效应，获得了强韧性和阻尼性同时提高的新型变形铝。

发明内容

本发明目的在于提供一种强韧性、阻尼性兼备的新型变形铝及其制备方法。本发明首先在纯铝熔体中加入微米级TiB₂粒子并进行快速机械搅拌，使TiB₂粒子在铝熔体中均匀分散的同时与Al发生化学反应，形成AlTiB颗粒，利用该化合物良好的异质形核作用细化纯铝的凝固组织，而其自身则可与铝基体一起产生复合强化作用。最后通过塑性变形加工，使晶粒进一步细化、位错密度大幅增加，从而产生极高的阻尼和强化效应。通过上述过程，最终实现了位错阻尼和颗粒增强的双重效果，获得了强韧性和阻尼性同时提高的新型变形铝。

与一般工业纯铝相比，本发明方法制得的变形铝室温阻尼本领提高75%，高温（350℃）阻尼本领提高5倍以上；铸态抗拉强度提高90%以上，冷轧态抗拉强度提高2倍以上。为改善铝型材在减震降噪、缓冲吸能和疲劳等领域的服役行为和寿命提供了一种新方法。

本发明的具体特点如下：

（1）基体材料：工业纯铝，纯度≥97.0。

（2）增强相：AlTiB颗粒，尺寸1～10μm，含量0.1～0.5wt.%。

（3）金相组织：铸态组织：平均晶粒尺寸约30μm的等轴晶；冷轧态组织：沿轧制方向伸长的基体晶粒和晶界上弥散分布的AlTiB颗粒。