[发明专利]放电等离子烧结制备多局域析出异构铝合金材料的方法

说明书

本发明提供一种放电等离子烧结制备多局域析出异构铝合金材料的制备方法，属于金属材料领域，本发明提供的制备方法包括将两种或两种以上具有不同时效析出强化行为的铝合金依次进行球磨混合、碱洗过滤、放电等离子烧结、固溶热处理和时效热处理工序得到多局域析出异构铝合金材料。本发明选用两种或多种具有不同时效硬化行为的铝合金，进行球磨混合、碱洗过滤获得铝合金混合粉末，通过放电等离子烧结获得块体铝合金材料。再利用后续时效处理，在不同异质结构之间形成多局域析出相，获得多局域析出异构铝合金材料。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种放电等离子烧结制备多局域析出异构铝合金材料的方法。

背景技术

铝合金是工业应用中最广泛的一类有色金属结构材料，其密度较低，但强度比较高；塑性好，可加工成各类型材；具有优异的导电性、导热性和抗蚀性，因此在航空航天、交通运输、机械制造等领域已获得大量应用。对于纯铝而言，面心立方结构使其具有很高的塑性(伸长率32～40％，收缩率70～90％)，但是其抗拉极限仅为90MPa，故不宜作为结构材料。随着生产实践以及科学试验的不断进步，人们发现可以通过添加各种合金元素以及热处理方法来强化铝，进而开发了一系列的铝合金。以Al6061(Al-Mg-Si系)为例，退火态的抗拉强度小于150MPa，断裂延伸率在14-20％之间，通过固溶+时效热处理后，析出的沉淀相在材料塑性变形过程中对位错具有很好的阻碍作用，因此其抗拉强度上升至290MPa，但由于金属材料中强度和塑性此消彼长的矛盾关系，其断裂延伸率下降至6％。以上所述的强度与塑性难以兼顾的问题普遍存在于均质块体金属材料中，因此如何获得高强高韧合金材料是人们长期以来关注的重点。

近年来，人们逐渐认识到利用多级构筑结构可以克服金属材料中强度和塑性此消彼长的矛盾关系，通过设计界面或者调控微观结构使材料的不同区域之间具有巨大的强度差异，实现材料的强塑性相匹配的综合力学性能。中科院力学所在《美国科学院院报，PNAS》，2015，112：14501-14505上发表的“Heterogeneous lamella structure unitesultrafine-grain strength with coarse-grain ductility”(超细晶强度与粗晶延伸率相结合：非均质层片结构)介绍了一种利用异步轧制+部分再结晶制备非均质层片结构材料的方法，把组织均匀的金属纯钛变成了一种粗晶/超细晶的层片结构，这种不同区域的结构差异使得材料具有优异的强塑性匹配，可获得1GPa的强度，且均匀延伸率保持在8％。这种技术的特点在于仅需要对块体材料进行简单变形及热处理，但超细晶在高温条件下的再结晶与回复问题会影响这种异构界面的稳定性。进一步检索发现，huang等人在《materialstoday，今日材料》，2018,21：713-719上发表的“Interface affected zone for optimalstrength and ductility in heterogeneous laminate”(非均质层状板材中界面影响区对其强度和延性的优化)一文中，介绍了一种累积叠轧+临界条件退火工艺，设计、制备了具有明显力学差异的纳米晶/微米晶层状金属材料，其特征在于：(1)两种材料的界面宽度从125μm缩小至3.7μm，其界面结合的情况依旧很好；(2)材料的屈服强度和加工硬化能力随着界面间距的减小而增大，当层状材料的抗拉强度超过500MPa时，其均匀延伸率仍保持在15％。但同时需要面对以下问题：(1)材料界面的氧化层难以控制；(2)叠轧获得的板材厚度较小，不利于材料的后续成型加工及工业应用。

发明内容