一種Al-Zn複合材料及其固態合金化製備方法
2023-06-02 09:48:06
一種Al-Zn複合材料及其固態合金化製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種Al-Zn複合材料，包括Al基體和分布在Al基體中的Al-Zn塊狀合金，所述Al-Zn塊狀合金在Al基體中呈陣列分布。本實施例還公開了一種固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，首先選取鋁板，並在鋁板上按整列加工小孔，然後在小孔中填充鋅粉並壓實，最後機械攪拌摩擦填充鋅粉的小孔及周邊區域。本發明的Al-Zn複合材料中Al-Zn塊體合金的合金化程度高，Al-Zn塊體合金與Al基體結合緊密，可以滿足特殊環境的使用要求。本發明使用攪拌摩擦的方法加工Al-Zn複合材料，可以在固相條件下直接製得塊狀合金；工藝簡單，對設備要求較低，所得的合金組織結構緻密，晶粒細小。
【專利說明】一種Al-Zn複合材料及其固態合金化製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於金屬加工領域，涉及製備Al-Zn複合材料的方法，特別涉及一種在固態條件下製備含有Al-Zn塊體合金的Al-Zn複合材料的方法。
【背景技術】
[0002]機械合金化(MechanicalAlloying, MA)工藝是美國國際鎳公司的Benjamin等人於1969年前後提出的一種固態粉末加工技術，基本原理是將兩種及兩種以上的金屬粉末或金屬與非金屬粉末混合後進行球磨，經過反覆形變、破碎和細化，在其中引入大量的應變和晶格缺陷(如位錯、空位、堆垛缺陷、晶粒邊界等)，使各組元在常溫下相互擴散實現化學
結合 ?
[0003]攪拌摩擦焊接(frictionstirwelding, FSff)工藝是英國焊接研究所於1991年發明的新型固相焊接技術，其基本原理是:攪拌摩擦焊過程中，一個由軸肩和攪拌針組成的攪拌頭高速旋轉著緩慢插入被焊工件，待攪拌頭的軸肩與工件緊密接觸後，攪拌頭沿接縫方向邊旋轉邊移動。攪拌頭與工件間的劇烈摩擦使焊區溫度迅速升高(仍在固態區)，導致材料塑化，攪拌針攪動焊縫區材料使其產生塑性流變和混合，軸肩把由攪拌針攪動變形的材料傳輸到攪拌頭後側並施加鍛造作用，攪拌頭掃過的區域則實現固相焊接，形成密實完整的焊縫。
[0004]機械合金化可以在固態實現元素合金化，但機械合金化過程複雜，影響因素眾多(球磨速度、球磨時間、球磨溫度等)，成本較高，而且所得到的合金呈粉末狀，要實現塊體化，還需複雜的後續成型及燒結等處理，工藝流程複雜，成本能源耗費極高。本發明的方法可直接實現塊體合金化，避免了機械合金化需要後續成型燒結和對設備及工藝的嚴格要求，同時本發 明的方法又不同於攪拌摩擦加工方法，攪拌摩擦加工方法通常用於不同大塊合金間的固態焊接結合。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明提供一種含有Al-Zn塊體合金的Al-Zn複合材料及其固態合金化製備方法。
[0006]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]一種Al-Zn複合材料，包括Al基體和分布在Al基體中的Al-Zn塊狀合金，所述Al-Zn塊狀合金在Al基體中呈陣列分布。
[0008]進一步,所述Al-Zn塊狀合金呈圓柱形,其直徑為1.5-3mm,高為3.5_4mm,各圓柱形Al-Zn塊狀合金中心距為8-11_。
[0009]一種固態合金化製備如權利要求1所述Al-Zn複合材料的方法，包括以下步驟:
[0010]I)選取鋁板，並在鋁板上按整列加工孔深為3_4mm小孔；
[0011]2)在步驟I)的小孔中填充鋅粉並壓實；
[0012]3)機械攪拌摩擦填充鋅粉的小孔及周邊區域，攪拌時加工區域總面積為小孔面積的1.5-2.5倍，攪拌頭的旋轉速度為920-960171^11,行走速度為15mm/min，攪拌針深度為
4.5mm。
[0013]進一步，步驟I)所選鋁板為1100純鋁板，其厚度為5.5_7mm。
[0014]進一步，步驟2)所選Zn粉粒徑為200-300目。
[0015]進一步，步驟I)所加工的小孔為多個呈直線分布的盲孔，孔徑為1.5-3mm、孔中心距 8~1 Imnin
[0016]進一步，每個小孔重複攪拌摩擦至少2次。[0017]本發明的有益效果在於:本發明的Al-Zn複合材料中含有呈整列分布的Al-Zn塊體合金，Al-Zn塊體合金的合金化程度高，Al-Zn塊體合金與Al基體結合緊密，可以滿足特殊環境的使用要求。本發明使用攪拌摩擦的方法加工Al-Zn複合材料，可以在固相條件下直接製得塊狀合金；與熔鑄相比，固相合金化避免凝固裂紋與氣孔的產生，所得的合金組織結構緻密，晶粒細小，而且本發明的方法製得的Al-Zn複合材料殘餘變形與殘餘應力均較低；與機械合金化相比，本發明的方法可直接實現塊體合金化，避免了機械合金化需要後續成型燒結和對設備及工藝的嚴格要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0019]圖1為實施例1攪拌摩擦加工過程示意圖；
[0020]圖2為實施例1所得Al-Zn複合材料中Al-Zn塊狀合金的SEM圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0022]以下實施例將公開一種Al-Zn複合材料，包括Al基體和分布在Al基體中的Al-Zn塊狀合金，該Al-Zn塊狀合金在Al基體中呈陣列分布。
[0023]進一步的，該Al-Zn塊狀合金呈圓柱形,其直徑為1.5_3mm,高為3.5_4mm,各圓柱形Al-Zn塊狀合金中心距為8-11_。
[0024]實施例1:
[0025]本實施例固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，包括以下步驟:
[0026]I)選取鋁板，並在鋁板上按整列加工孔深為3.5mm小孔；
[0027]2)在步驟I)的小孔中填充鋅粉並壓實；
[0028]3)機械攪拌摩擦填充鋅粉的小孔及周邊區域，攪拌時加工區域總面積為小孔面積的2倍，攪拌針深度為4mm，攪拌頭的旋轉速度為940r/min，行走速度為15mm/min，本實施例攪拌摩擦過程如圖1所示。
[0029]作為本實施例的改進，步驟I)所選鋁板為所示1100純鋁板，其厚度為6mm，具體尺寸為 300mmX IOOmmX 6mm。
[0030]作為本實施例的另一種改進，步驟2)所選Zn粉粒徑為260目。
[0031]作為本實施例的進一步，步驟I)所加工的小孔為多個呈直線分布的盲孔，孔徑為
2.5_、孔中心距10mnin[0032]作為本實施例的進一步，每個小孔重複攪拌摩擦2次。
[0033]圖2為本實施例所得Al-Zn複合材料中Al-Zn塊狀合金的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，已經得到明顯的Al-Zn塊體合金，Al-Zn塊體合金與Al基體結合緊密，晶粒細小，呈現明顯的層狀花紋，材料塑性流動趨勢明顯，有力證明利用該發明方法可以在固相條件下直接製得Al-Zn塊狀合金，實現固態合金化。
[0034]實施例2:
[0035]本實施例固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，包括以下步驟:
[0036]I)選取鋁板，並在鋁板上按整列加工孔深為4_小孔；
[0037]2)在步驟I)的小孔中填充鋅粉並壓實；
[0038]3)機械攪拌摩擦填充鋅粉的小孔及周邊區域，攪拌時加工區域總面積為小孔面積的1.5倍,攪拌頭的旋轉速度為960r/min,攪拌針深度為4.5mm,行走速度為15mm/min。
[0039]作為本實施例的改進,步驟I)所選招板為1100純招板,其厚度為7mm。
[0040]作為本實施例的另一種改進，步驟2)所選Zn粉粒徑為300目。
[0041]作為本實施例的進一步，步驟I)所加工的小孔為多個呈直線分布的盲孔，孔徑為2mm、孔中心距8mm η
[0042]作為本實施例的進一步，每個小孔重複攪拌摩擦3次。
[0043]實施例3:
[0044]本實施例固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，包括以下步驟:
[0045]I)選取鋁板，並在鋁板上按整列加工孔深為3mm小孔；
[0046]2)在步驟I)的小孔中填充鋅粉並壓實；
[0047]3)機械攪拌摩擦填充鋅粉的小孔及周邊區域，攪拌時加工區域總面積為小孔面積的2.5倍,攪拌頭的旋轉速度為920r/min,攪拌針深度為4mm,行走速度為15mm/min。
[0048]作為本實施例的改進,步驟I)所選招板為1100純招板,其厚度為5.5mm。
[0049]作為本實施例的另一種改進，步驟2)所選Zn粉粒徑為200目。
[0050]作為本實施例的進一步，步驟I)所加工的小孔為多個呈直線分布的盲孔，孔徑為3mm、孔中心距11mnin
[0051]作為本實施例的進一步，每個小孔重複攪拌摩擦4次。
[0052]本發明的Al-Zn複合材料中含有呈整列分布的Al-Zn塊體合金，Al-Zn塊體合金的合金化程度高，Al-Zn塊體合金與Al基體結合緊密，可以滿足特殊環境的使用要求。本發明使用攪拌摩擦的方法加工Al-Zn複合材料，可以在固相條件下直接製得塊狀合金；與熔鑄相比，固相合金化避免凝固裂紋與氣孔的產生，所得的合金組織結構緻密，晶粒細小，而且本發明的方法製得的Al-Zn複合材料殘餘變形與殘餘應力均較低；與機械合金化相比，本發明的方法可直接實現塊體合金化，避免了機械合金化需要後續成型燒結和對設備及工藝的嚴格要求。
[0053]最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種Al-Zn複合材料，包括Al基體和分布在Al基體中的Al-Zn塊狀合金，其特徵在於:所述Al-Zn塊狀合金在Al基體中呈陣列分布。
2.根據權利要求1所述Al-Zn複合材料，其特徵在於:所述Al-Zn塊狀合金呈圓柱形，其直徑為1.5_3mm,高為3.5_4mm,各圓柱形Al-Zn塊狀合金中心距為
3.一種固態合金化製備如權利要求1所述Al-Zn複合材料的方法,其特徵在於,包括以下步驟: 1)選取鋁板，並在鋁板上按整列加工孔深為3-4mm小孔； 2)在步驟I)的小孔中填充鋅粉並壓實； 3)機械攪拌摩擦填充鋅粉的小孔及周邊區域，攪拌時加工區域總面積為小孔面積的1.5-2.5倍，攪拌頭的旋轉速度為920-960r/min，行走速度為15mm/min，攪拌針深度為
4.Smnin 4.根據權利要求3所述固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，其特徵在於:步驟I)所選鋁板為1100純鋁板，其厚度為5.5-7mm。
5.根據權利要求3所述固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，其特徵在於:步驟2)所選Zn粉粒徑為200-300目。
6.根據權利要求3-5任意一項所述固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，其特徵在於:步驟I)所加工的小孔為多個呈直線分布的盲孔，孔徑為1.5-3mm、孔中心距
7.根據權利要求6所述固態合金化製備Al-Zn複合材料的方法，其特徵在於:每個小孔重複攪拌摩擦至少2次。
【文檔編號】B22F3/00GK103817334SQ201410062616
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】周正, 謝碧君, 袁宵, 趙小軍 申請人:重慶大學