[发明专利]一种高强度碳纳米管增强铝基复合材料环状异形件的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度碳纳米管增强铝基复合材料环状异形件的制备方法，属于铝基复合材料技术领域。该方法以CNT增强铝基复合材料环形坯锭为原料，通过调配环轧温度至于适中区间(低于固溶温度100至200℃)，使得CNT能够沿着环轧方向定向排布，促进载荷传递强化效率充分发挥；同时在晶界附近诱发高密度位错，为析出相提供形核质点，减少时效后无析出带含量，可使材料具有极高的强度水平。通过塑性加工对复合材料的析出相与增强相的取向进行耦合调控，可操纵性较强，组织可控化程度较高。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体涉及一种高强度碳纳米管增强铝基复合材料环状异形件的制备方法。

背景技术

异形环件在工程应用领域中应用广泛，尤其是航空航天领域中的环状支撑结构，作为关键受力部件，不仅要求其沿圆周方向上有较高的强度水平，还要求构件在保持安全服役的前提下尽量减重，以达到节能增效的目的。以Al-Cu、Al-Zn-Mg-Cu系为代表的高强度铝合金，在航空航天领域中应用极为广泛，但由于其绝对强度水平依然无法与钛合金、高强钢等材料媲美，在关键承载机构中应用还十分受限。如果提升铝基材料的强度水平至700MPa以上，用以替代密度较高的钛、钢等结构材料，对于航空航天的装备发展意义重大。

发明内容

本发明目的在于提供一种高强度碳纳米管增强铝基复合材料环状异形件的制备方法，该方法以CNT增强高强铝基合金(Al-Cu系、Al-Mg-Si系、Al-Zn-Mg-Cu系等可热处理铝合金中方的一种)环形坯锭为原料，通过调配环轧温度至适中区间(低于固溶温度100至200℃)，使得CNT能够沿着环轧方向定向排布，促进载荷传递强化效率充分发挥；同时在晶界附近诱发高密度位错，为析出相提供形核质点，减少时效后无析出带含量，从而提高材料的强度水平。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高强度碳纳米管增强铝基复合材料环状异形件的制备方法，该方法是以碳纳米管(CNT)增强铝基复合材料环形坯锭为原料，通过环轧工艺获得高强度环状异形件(环形构件)。

该方法包括如下步骤：

(1)准备碳纳米管(CNT)增强铝基复合材料粉末；

(2)将步骤(1)中的复合材料粉末装入环形模具中，依次进行冷压成型和粉末冶金烧结，获得复合材料环形坯锭；

(3)对步骤(2)所得的坯锭进行多道次环轧；

(4)对步骤(3)所得环轧件依次进行固溶与时效处理，即获得所述高强度碳纳米管增强铝基复合材料环状异形件。

上述步骤(1)中，所述碳纳米管(CNT)增强铝基复合材料的制备过程为：将碳纳米管(CNT)粉末与铝合金粉末(Al-Cu系、Al-Mg-Si系、Al-Zn-Mg-Cu系等铝合金粉末中的一种)进行共混，通过高能球磨法使CNT在铝合金粉末中均匀分散，获得CNT/Al复合材料粉末，即为所述碳纳米管(CNT)增强铝基复合材料。

所述铝合金粉末的平均粒径为0.1μm～200μm，CNT粉末的平均径向尺寸为10～100nm，CNT粉末在总粉末(铝合金粉末+CNT粉末)中所占比例为0.3-3wt.％，高能球磨的球料重量比为10:1～30:1。

所述铝合金粉末为Al-Cu系、Al-Mg-Si系和Al-Zn-Mg-Cu系等铝合金粉末中的一种。

上述步骤(2)中，所述粉末冶金烧结采用气氛或真空条件下的真空热压烧结、热等静压或放电离子束烧结工艺，烧结温度为480-580℃。

上述步骤(3)中，所述环轧温度控制在铝基复合材料固溶温度以下100至200℃之间。

上述步骤(4)中，固溶温度与时效温度根据特定铝合金牌号进行对应选择。