[发明专利]一种Al2

说明书

本发明公开了一种Al₂O₃/Al耐高温铝基复合材料的制备和变形方法，属于铝基复合材料技术领域。具体方法为：(1)利用超细铝粉表面自然氧化引入非晶氧化铝；(2)通过控制热压工艺保持其非晶态；(3)利用其在快速低温挤压过程中的晶粒细化作用得到超细晶晶粒组织；(4)高温退火使非晶氧化铝转变为稳定晶态氧化铝；(5)塑性变形消除烧结与挤压过程中遗留和晶化过程中形成的孔洞并得到最终所需板材。此方案可同时利用非晶氧化铝的晶粒细化作用和晶态氧化铝的高热稳定性，所得材料依靠纳米颗粒与晶界的协同强化作用获得良好高温性能，并具有优异的热稳定性和焊接性。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体涉及一种Al₂O₃/Al耐高温铝基复合材料的制备和变形方法。

背景技术

铝基材料是重要的轻量化材料，在国防军工、航空航天和轨道交通等领域有着不可提到的作用。随着工业水平的迅速发展，尤其是某些尖端装备的更新换代给相关材料提出了更高要求，其中，材料的耐高温能力尤为重要。然而，现有的铝合金其高温性能无法满足相应要求，严重制约了先进装备实现轻量化。

铝基复合材料是以纯铝为基体，通过增强相的添加以实现力学性能的增强。其中，氧化铝与铝基体的相容性良好，无界面反应，在基体中具有十分优异的高温热稳定性，被视为理想的高温强化相。增强相的加入虽能提高材料强度，但也会使材料的塑性降低。如文献“Effect of nano-size Al₂O₃ reinforcement on the mechanical behavior ofsynthesis 7075aluminum alloy composites by mechanical alloying”(MaterialsChemistry and Physics 138(2013)535-541)中，加入5％的氧化铝后，材料的延伸率已不足5％。因此，提升增强相的增强效率以减少其加入量是使材料具有优异强塑性匹配的关键。相比于常规方法引入的外加氧化铝，通过原位方式引入的氧化铝可具有更加优异的增强效率。文献“Forged HITEMAL:Al-based MMCs strengthened with nanometric thickAl₂O₃ skeleton”(Materials ScienceEngineering A 613(2014)82–90) 中报道，铝粉表面原位形成的氧化铝可具有极高的增强效率，少量加入可使材料的性能得到显著提升，从而使材料获得优异的强塑性匹配。

然而，上述材料中，氧化铝为非晶态，并非高温稳定相，其在高温作用下经历一定时间，或在搅拌摩擦焊接过程中的剧烈机械变形作用下，会转变为晶态氧化铝(文献“Microstructure and mechanical property evolution of friction stir welded(B₄C+Al₂O₃)/Al composites designed for neutron absorbing materials”(Science China-Technological Sciences， 2020；63:1256)。氧化铝晶化后强化效率降低且因密度变高而产生孔洞，导致受热部分发生局部强度降低或焊接接头区强度低(焊接强度系数70％左右)，受力时变形局域化，出现严重风险。如在热压时非晶氧化铝晶化得到晶态氧化铝，虽然所得材料性能稳定，但颗粒状的晶态氧化铝晶粒细化能力弱，因此变形后的组织并非细晶组织(如图1)，且晶态氧化铝自身增强效率低，因此氧化铝与晶界难以有效协同强化，材料强度低。申请号为201811453938.3的专利“一种耐高温AlN和Al₂O₃共增强的铝基复合材料及其制备方法”中，可通过对超细铝粉进行表面预氧化来引入大量稳定的晶态氧化铝，但需要严格控制氧化工艺，工艺灵活性差。