[发明专利]一种原位生成氮化铝增强铝基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种原位生成氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述原位生成氮化铝增强铝基复合材料由电弧熔丝增材制造工艺及搅拌摩擦加工工艺制备而成，所述电弧熔丝增材制造工艺中的保护气体为纯氮气或者氮气和氩气的混合气体；

复合材料中的氮化铝强化相通过电弧增材制造过程中Al与N反应原位生成，并通过搅拌摩擦加工将氮化铝充分破碎得到，其中，复合材料中含有弥散分布的氮化铝颗粒；

包括以下步骤：

1）确定待制备复合材料中氮化铝的含量及最大尺寸；

2）以熔化极气体保护焊电弧为热源，铝合金焊丝为原材料，铝合金板材作为堆积基板，纯氮气或者氮气和氩气的混合气体为保护气体，通过电弧熔丝增材制造进行增材堆积，形成沉积体，其中，保护气体中氮气的含量根据待制备复合材料中氮化铝的含量确定；

3）切除堆积基板，对沉积体的表面进行整平，得板材；

4）根据待制备复合材料中氮化铝的最大尺寸确定搅拌摩擦加工工艺中搅拌头的旋转速度R_FSP及行走速度V_FSP，再采用搅拌摩擦加工工艺对板材进行多道次搅拌摩擦加工，得原位生成氮化铝增强铝基复合材料；

通过调节保护气体中氮气的含量，以调节复合材料中氮化铝颗粒的含量，使得复合材料中氮化铝的质量百分比A为0.16%~0.41%，其中，A为：

A=-0.1597*B*B+0.7106*B-0.144

其中，B为混合气体中氮气含量，B≥50%；

通过调节搅拌摩擦加工工艺中搅拌头的旋转速度R_FSP及行走速度V_FSP，以控制搅拌摩擦加工后氮化铝的最大尺寸C，其中，C为：

C=500-17.668（R_FSP/V_FSP）+0.15434（R_FSP/V_FSP）*（R_FSP/V_FSP）

电弧熔丝增材制造过程中的电流为90A-150A，电压为16V-22V，焊枪行走速度为15cm/分钟-50cm/分钟，氮气的流量为10L/分钟-20L/分钟；

多道次搅拌摩擦加工采用搭接的方式，搭接率OR为0-1，搭接率OR为：

OR=（d_pi-l）/d_pi

其中，d_pi为搅拌针端部的直径，l为连续两道次之间中心线的距离；

多道次搅拌摩擦加工过程中搅拌头的转速为700r/min-2000r/min，搅拌头的行走速度为15cm/min-95cm/min。

2.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，当采用的堆积方式为单道多层堆积时，堆积形成墙状沉积体；

当采用的堆积方式为单层多道堆积，堆积形成薄块状。

3.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，对沉积体的表面进行铣削加工整平，得厚度为4mm-7mm的板材。