[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

说明书

本发明公开了一种原位生成氮化铝增强铝基复合材料及其制备方法，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，该复合材料具有较高的强度及良好的塑性，且制备方法较为简单。

技术领域

本发明属于铝基复合材料制备技术领域，涉及一种原位生成氮化铝增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

目前颗粒增强铝基复合材料的制备方法有搅拌铸造、挤压铸造、搅拌摩擦加工以及喷射沉积等。但这些方法中强化颗粒是通过外部加入的措施引入到铝合金基体中，如搅拌铸造时是先将铝合金基体加热到液相线以上，随后搅拌铝液，将颗粒倒入铝液中，利用熔体的搅拌将颗粒分散。但这些强化颗粒与铝合金基体之间的润湿性较差，两者之间难以有效结合，且强化颗粒难以均匀弥散的分布在铝合金基体中。以上原因使得制备出的铝基复合材料强度不高且塑性很差。

这就要求改进当前方法，需要强化相能够与铝合金基体很好的润湿，且强化颗粒均匀分布在基体中，制备出具有高的强度且具有良好塑性的铝基复合材料。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种原位生成氮化铝增强铝基复合材料及其制备方法，该复合材料具有较高的强度及良好的塑性，且制备方法较为简单。

为达到上述目的，本发明所述的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。

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)。

本发明所述的原位生成氮化铝增强铝基复合材料的制备方法包括以下步骤：

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。

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。