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专利号: 2011100952186
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 冶金;黑色或有色金属合金;合金或有色金属的处理
更新日期:2024-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种轻质高强高韧铝基复合材料的制备方法,以Al-Zn-Mg-Cu系合金为基体合金,所述基体合金的成分(质量百分数)为:Zn 7.0-8.0, Mg 1.2-1.8, Cu 1.3-2.0,余量为Al,其特征在于:熔体直接反应生成颗粒增强相的过程中同时施加脉冲磁场与脉冲电流,脉冲磁场与通入熔体的脉冲电流的脉冲宽度和作用频率完全相同,脉冲宽度的调节范围为

10μs-50ms,作用频率的调节范围为0.1-10 Hz,脉冲磁场峰值强度的调节范围为0.1-10T,2

通入熔体的脉冲电流峰值密度的调节范围为0.1-10 A/cm ;所述熔体直接反应生成的颗粒增强相是通过加入K2TiF6-KBF4混合盐与铝熔体之间原位反应生成亚微米/纳米级别的TiB2增强颗粒。

2.如权利要求1所述的一种轻质高强高韧铝基复合材料的制备方法,以Al-Zn-Mg-Cu系合金为基体合金,其特征在于:通过二次合金化引入Al-Zn-Mg-Cu系合金中所需Mg的同时引入微合金化元素Zr、Er和Y进行复合微合金化,使得基体合金的成分(质量百分数)控制在:Zn 7.0-8.0,Mg 1.2-1.8,Cu 1.3-2.0,Zr 0.09-0.16, Er 0.02-0.04,Y 0.15-0.20,(Fe+Mn)≤0.08,Si ≤0.04,余量为Al。

3.如权利要求1所述的一种轻质高强高韧铝基复合材料的制备方法,以Al-Zn-Mg-Cu系合金为基体合金,其特征在于:通过二次合金化引入Al-Zn-Mg-Cu系合金中所需Mg的同时引入微合金化元素Zr、Er和Y进行复合微合金化,使得基体合金的成分(质量百分数)控制在:Zn 7.0-8.0,Mg 1.2-1.8,Cu 1.3-2.0,Zr 0.09-0.16, Er 0.02-0.04,Y 0.15-0.20,(Fe+Mn)≤0.08,Si ≤0.04,余量为Al;并且熔体直接反应生成的颗粒增强相是通过加入K2TiF6-KBF4混合盐与铝熔体之间原位反应生成亚微米/纳米级别的TiB2增强颗粒。

4.如权利要求3所述的一种轻质高强高韧铝基复合材料的制备方法,其特征在于采用以下步骤:

(1)纯铝的熔炼与一次合金化

首先,将纯Al熔化后加入纯Cu丝和Zn粒进行一次合金化,熔炼温度不高于850℃,熔炼炉以中频坩埚式感应炉为主,熔炼过程采用Ar气保护;

(2)反应盐的准备

反应混合盐K2TiF6-KBF4采用工业纯级别,在球磨机上研磨至<60nm的细粉,在高压Ar气罐内呈流化状态,用高压Ar作载气喷吹至合金熔体内;

(3)熔体直接反应法合成

熔体温度控制在820-850℃,将反应混合盐通过Ar气喷吹系统吹入熔池进行合成,在原位反应复合过程中向熔体内通入脉冲电流,同时对熔体施加脉冲磁场,即在脉冲电流与脉冲磁场复合作用下合成颗粒增强复合材料熔体,以促进原位反应的进行及保证颗粒相的扩散和弥散分布,合成时间控制为10-15min,在原位反应复合过程中施加的脉冲磁场与通入熔体的脉冲电流的脉冲宽度和作用频率完全相同,采用一个脉冲电源,通过并联或串联的方式向熔体及脉冲磁场线圈供电,脉冲宽度的调节范围为10μs-50ms,作用频率的调节范围为0.1-10 Hz,脉冲磁场峰值强度的调节范围为0.1-10T,通入熔体的脉冲电流峰值密2

度的调节范围为0.1-10 A/cm ;

(4)合成过程结束,对熔体进行二次合金化,即依次向熔体内加入Al-Zr中间合金、纯Mg、Al-Er和Al-Y中间合金,使得基体合金的成分(质量百分数)控制在:Zn 7.0-8.0,Mg

1.2-1.8,Cu 1.3-2.0,Zr 0.09-0.16, Er 0.02-0.04,Y 0.15-0.20,(Fe+Mn)≤0.08,Si ≤0.04,余量为Al;

(5)精炼、静置、喷射成形或浇铸成复合材料铸坯;

(6)复合材料铸坯冷却至室温后,进行均匀化处理;均匀化处理的方法为:在

550-560℃均匀化处理6-7小时,然后强制冷却,在0.5小时内冷却至250℃,停留0.5小时,再水冷到50℃以下;

(7)进行挤压或锻造成形。

5.如权利要求4所述的一种轻质高强高韧铝基复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(5)中采用吹氩精炼3-5min,然后熔体静置到成形需要的温度;当制备当量直径>400mm的大尺寸铸件或铸坯时,采用喷射成形方法,熔体温度控制在690-720℃时进行喷射成形,喷射成形参数为雾化气体氮气,斜喷角20-25°,接受距离560-600 mm,接受盘转速

50-60r/min;当制备当量直径<400mm的非超大铸件或铸坯时采用电磁连铸成形方法,电磁连铸控制参数为,浇注温度720-730℃,所采用的电磁场为脉冲磁场,脉冲宽度的调节范围为10-50ms,作用频率的调节范围为1-10 Hz,脉冲磁场峰值强度的调节范围为0.1-2T。

6.如权利要求4所述的一种轻质高强高韧铝基复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(7)中挤压或锻造成形的方法为:铸锭加热到480-500℃进行挤压或锻造,成型后的出料温度控制在500-540℃,出料后采用水冷,制得型材。