一種微合金鋁基複合材料的軋制工藝的製作方法

2023-07-26 13:18:56 1

本發明涉及一種微合金化複合材料的製備方法，具體是指微合金化鋁基複合材料的一種軋制工藝。

背景技術：

微合金化是通過對材料添加一些微量的特定的元素對材料進行一定改性的一種方法，通過微合金化，可以通過改變材料中脆性相形貌的同時可能生成一些彌散第二相顆粒，來提高材料的力學性能。通過添加少量的合金元素而大大提高材料力學性能，從源頭來改進材料，節約了一定的成本。目前對複合材料進行微合金化的研究很少，通過對鋁基複合材料的微合金化可以改性鋁基複合材料中Si相的形貌以及改善原位顆粒的團聚情況，提高複合材料的力學性能。

通過軋制對微合金化的鋁基複合材料進行大的塑性變形，可以通過這較大的變形使團聚的顆粒分散開來，同時軋斷材料中針狀的矽相以及較大的脆性相，使材料組織更加均勻，提高鋁基複合材料的力學性能。同時熱軋可以消除材料中的孔洞，緊密材料組織以及通過再結晶來細化材料的晶粒，大幅度提高材料的力學性能。通過對微合金化鋁基複合複合材料軋制發現，相比其基體合金，複合材料的高溫力學性能極大優異其基體合金。說明可以通過軋制來製備耐高溫的複合材料軋板，可以應用在高溫環境中。

對現有的文獻檢索發現：申請號為201510334398.7，名稱為一種軋制高強度硬鋁合金的方法，其在軋制過程中要進行預熱處理，而本發明利用鑄件澆鑄餘熱直接軋制，節省工藝步驟，降低成本。申請號為201510939875.2，名稱為一種鋁合金厚板疊層軋制工藝，其製備過程包括：熔體熔煉，鑄錠鑄造，鑄錠銑面及均勻化處理，表面處理，疊層電焊，疊層擴散退火，熱軋等工藝步驟，本發明主要工藝步驟為熔煉，熱軋，退火，冷軋。本發明不需要軋制前的預處理，工藝簡單，生產周期短，節約成本。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可以耐高溫的複合材料軋板，通過微合金化和軋制的結合來提高材料常溫力學性能的同時提高其高溫力學性能。

本發明的製備方法包括以下步驟：（1）將氟鋯酸鉀鹽和氟硼酸鉀粉末烘乾以備用；（2）將600g的AlSi9Cu3合金放入預熱至375~440℃石墨坩堝中加熱融化並加熱至795~830℃；（3）將60g備用的氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀混合粉末分2次放入石墨坩堝中並按照一定方式攪拌，攪拌方式為：利用石墨棒進行人工攪拌，每次攪拌10min，將熔體靜至10min，此步驟重複1次，同時攪拌過程中溫度保持在795~830℃；（4）攪拌結束後，將石墨坩堝中熔體保溫5min，保溫時間結束後將熔體降至735~760℃並以一定方式扒渣、精練，其一定方式是指：在735~760℃下，利用扒渣工具人工扒渣，扒渣結束後，加入精煉劑精煉，並靜置2min，當靜置結束後加入打渣劑再次扒渣，扒渣結束後繼續放入精煉劑進行再次精煉；（5）將精練過後的熔體保溫3~5min，當保溫結束後加入3~9g的Al-10Ce，按照一定方式進行反應一定時間，反應時間結束後按照步驟（4）的方式進行再次扒渣和精煉；（6）精練結束後，將熔體降至720~750℃進行銅模澆鑄，銅模提前預熱至120~150℃，銅模尺寸為100mm×50mm×12mm，澆鑄完成後讓銅模自然降溫降溫；（7）當銅模降至280~350℃後，將鑄錠取出，直接進行軋制，軋制方法為：熱軋+冷軋，熱軋後進行375℃×1h退火併空冷至室溫，在繼續冷軋，熱軋總變形量為50~60%，冷軋總變形量為17~20%。

與現有的技術相比，本發明通過微合金化從源頭上改進鋁基複合材料的力學性能，又通過熱軋來消除材料中內部缺陷以及細化晶粒，並且在半鑄態的情況下進行軋制，減少了工藝步驟，節約成本，同時又通過冷軋對材料進行表面強化，整體提高材料的常溫力學性能，除此之外，還提高了材料的高溫力學性能，為製備耐高溫複合材料軋板提供可能方案。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施案例。

實施方式1：

本發明的材料是：TiB2/AlSi9Cu3複合材料，其成分為：Si:8~9.5%，Cu:2~3%，TiB2:1.4%，Ce:0.05%，其餘為Al。

工藝步驟：（1）將氟鋯酸鉀鹽和氟硼酸鉀粉末烘乾以備用；（2）將600g的AlSi9Cu3合金放入預熱至375~440℃石墨坩堝中加熱融化並加熱至795~830℃；（3）將60g備用的氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀混合粉末分2次放入石墨坩堝中並按照一定方式攪拌，攪拌方式為：利用石墨棒進行人工攪拌，每次攪拌10min，將熔體靜至10min，此步驟重複1次，同時攪拌過程中溫度保持在795~830℃；（4）攪拌結束後，將石墨坩堝中熔體保溫5min，保溫時間結束後將熔體降至735~760℃並以一定方式扒渣、精練，其一定方式是指：在735~760℃下，利用扒渣工具人工扒渣，扒渣結束後，加入精煉劑精煉，並靜置2min，當靜置結束後加入打渣劑再次扒渣，扒渣結束後繼續放入精煉劑進行再次精煉；（5）將精練過後的熔體保溫3~5min，當保溫結束後加入3g的Al-10Ce，按照一定方式進行反應一定時間，反應時間結束後按照步驟（4）的方式進行再次扒渣和精煉；（6）精練結束後，將熔體降至720~750℃進行銅模澆鑄，銅模提前預熱至120~150℃，銅模尺寸為100mm×50mm×12mm，澆鑄完成後讓銅模自然降溫降溫；（7）當銅模降至280~350℃後，將鑄錠取出，直接進行軋制，軋制方法為：熱軋+冷軋，熱軋後進行375℃×1h退火併空冷至室溫，在繼續冷軋，熱軋總變形量為50~60%，冷軋總變形量為17~20%。

實施方式2：

本發明的材料是：TiB2/AlSi9Cu3複合材料，其成分為：Si：8~9.5%，Cu：2~3%，TiB2：1.4%，Ce：0.1%，其餘為Al。

工藝步驟：（1）將氟鋯酸鉀鹽和氟硼酸鉀粉末烘乾以備用；（2）將600g的AlSi9Cu3合金放入預熱至375~440℃石墨坩堝中加熱融化並加熱至795~830℃；（3）將60g備用的氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀混合粉末分2次放入石墨坩堝中並按照一定方式攪拌，攪拌方式為：利用石墨棒進行人工攪拌，每次攪拌10min，將熔體靜至10min，此步驟重複1次，同時攪拌過程中溫度保持在795~830℃；（4）攪拌結束後，將石墨坩堝中熔體保溫5min，保溫時間結束後將熔體降至735~760℃並以一定方式扒渣、精練，其一定方式是指：在735~760℃下，利用扒渣工具人工扒渣，扒渣結束後，加入精煉劑精煉，並靜置2min，當靜置結束後加入打渣劑再次扒渣，扒渣結束後繼續放入精煉劑進行再次精煉；（5）將精練過後的熔體保溫3~5min，當保溫結束後加入6g的Al-10Ce，按照一定方式進行反應一定時間，反應時間結束後按照步驟（4）的方式進行再次扒渣和精煉；（6）精練結束後，將熔體降至720~750℃進行銅模澆鑄，銅模提前預熱至120~150℃，銅模尺寸為100mm×50mm×12mm，澆鑄完成後讓銅模自然降溫降溫；（7）當銅模降至280~350℃後，將鑄錠取出，直接進行軋制，軋制方法為：熱軋+冷軋，熱軋後進行375℃×1h退火併空冷至室溫，在繼續冷軋，熱軋總變形量為50~60%，冷軋總變形量為17~20%。

實施方式3：

本發明的材料是：TiB2/AlSi9Cu3複合材料，其成分為：Si:8~9.5%，Cu:2~3%，TiB2:1.4%，Ce:0.15%，其餘為Al。

工藝步驟：（1）將氟鋯酸鉀鹽和氟硼酸鉀粉末烘乾以備用；（2）將600g的AlSi9Cu3合金放入預熱至375~440℃石墨坩堝中加熱融化並加熱至795~830℃；（3）將60g備用的氟鋯酸鉀和氟硼酸鉀混合粉末分2次放入石墨坩堝中並按照一定方式攪拌，攪拌方式為：利用石墨棒進行人工攪拌，每次攪拌10min，將熔體靜至10min，此步驟重複1次，同時攪拌過程中溫度保持在795~830℃；（4）攪拌結束後，將石墨坩堝中熔體保溫5min，保溫時間結束後將熔體降至735~760℃並以一定方式扒渣、精練，其一定方式是指：在735~760℃下，利用扒渣工具人工扒渣，扒渣結束後，加入精煉劑精煉，並靜置2min，當靜置結束後加入打渣劑再次扒渣，扒渣結束後繼續放入精煉劑進行再次精煉；（5）將精練過後的熔體保溫3~5min，當保溫結束後加入9g的Al-10Ce，按照一定方式進行反應一定時間，反應時間結束後按照步驟（4）的方式進行再次扒渣和精煉；（6）精練結束後，將熔體降至720~750℃進行銅模澆鑄，銅模提前預熱至120~150℃，銅模尺寸為100mm×50mm×12mm，澆鑄完成後讓銅模自然降溫降溫；（7）當銅模降至280~350℃後，將鑄錠取出，直接進行軋制，軋制方法為：熱軋+冷軋，熱軋後進行375℃×1h退火併空冷至室溫，在繼續冷軋，熱軋總變形量為50~60%，冷軋總變形量為17~20%。

以下是複合材料力學性能表：

表1：軋制後不同材料力學性能

表2：未經過軋制不同材料力學性能

通過表1表2可以看出微合金化可以大幅度提高材料力學性能，軋制也可以大幅度提高材料力學性能，除此之外通過微合金化和軋制的複合材料的高溫力學性能更加優異於未軋制的合金以及以其為基體的複合材料。