[发明专利]实现纳米颗粒增强相在铝基复合材料中弥散分布的方法

说明书

本发明公开了一种实现纳米颗粒增强相在铝基复合材料中弥散分布的方法，包括如下步骤：S1：将待加工的复合材料板材水平放置于垫板上并装夹固定；S2：将搅拌摩擦焊的搅拌头以50～2000rpm的转速插入所述复合材料板材的表面，直至轴肩的下端与复合材料板材的上表面紧密接触，对复合材料板材进行预热；S3：将所述搅拌头以10～500mm/min的走速从复合材料板材的一端开始沿复合材料板材的纵向方向前进，达到终点后使搅拌头保持走速不变向起点移动；S4：待搅拌头移动到起点后，将搅拌头向复合材料板材的另一端平移1～10mm，再次沿复合材料板材的纵向方向前进；S5：重复步骤S3和S4的操作，直至整块复合材料板材加工完毕。本发明解决了纳米增强相团聚的问题，使其强度和塑性同时得到了提高。

技术领域

本发明涉及一种实现纳米颗粒增强相在铝基复合材料中弥散分布的方法，属于材料的处理方法技术领域。

背景技术

随着科技的不断进步，对材料性能的要求也更高，希望其具有良好的综合性能。尤其是在航天航空、电子、汽车及军事等领域，不仅对材料的强度、塑性有很高的要求，对材料的比强度、比刚度、线膨胀率、热导率等都提出了特殊的要求。传统的单一材料难以满足。例如对于航天航空构件，传统的铝合金，虽然具有密度小，塑性高，易加工等优良性能，但其强度不如钢铁材料；而强度高的钢铁材料密度又不够小。为了满足各个领域对材料越来越高，越来越复杂的要求，金属基复合材料的产生及应用成为了一种必然趋势。其中，纳米颗粒增强铝基复合材料以其优良的性能引起了广泛的关注。

在铝基复合材料中加入纳米陶瓷第二相可以明显提高材料的比强度、模量、硬度以及阻尼性能。但制备颗粒增强的铝基复合材料过程中，为了降低体系的自由能，小颗粒，尤其是纳米级的颗粒会趋于团聚在一起。这严重影响了复合材料的机械性能，如抗拉强度、塑性、流变应力、抗疲劳性能等。大量的二次处理工艺，如压缩、轧制、挤压、锻造、等通道角挤压、累积叠轧等技术被用于改善铝基复合材料的组织和性能。但这些传统的二次加工手段都有各自的局限性。如冷轧对颗粒本身会产生损害；等通道角挤压在常温下，当颗粒体积分数较高时，多次反复加工会造成复合材料表面产生裂纹。且对于纳米级的增强相颗粒，传统的二次加工手段难以使颗粒分散均匀。而搅拌摩擦加工过程中产生的极高的应变速率和伴随的动态再结晶使其能够有效的进行材料组织的改性。因此对于纳米级的增强相颗粒来说，基于搅拌摩擦处理的材料加工方法不仅是一种有效的细晶方法，也是一种有效的改善第二相颗粒分布状况的方法。故采用一种基于搅拌摩擦处理的工艺来实现纳米颗粒在铝基复合材料中的均匀化，进而同时提高材料的塑性及强度。

发明内容

本发明为了解决纳米颗粒增强相在铝基复合材料中的团聚问题，提出一种基于搅拌摩擦加工来处理材料的方法，以获得纳米颗粒增强相弥散分布，强度及塑性得到提高的铝基复合材料。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种实现纳米颗粒增强相在铝基复合材料中弥散分布的方法，其包括如下步骤：

S1：将待加工的复合材料板材水平放置于垫板上并装夹固定；

S2：将搅拌摩擦焊的搅拌头以50～2000rpm的转速插入所述复合材料板材的表面，直至轴肩的下端与复合材料板材的上表面紧密接触，对复合材料板材进行预热；

S3：将所述搅拌头以10～500mm/min的走速从复合材料板材的一端开始沿复合材料板材的纵向方向前进，达到终点后使搅拌头保持走速不变向起点移动；

S4：待搅拌头移动到起点后，将搅拌头向复合材料板材的另一端平移1～10mm，再次沿复合材料板材的纵向方向前进；

S5：重复步骤S3和S4的操作，直至整块复合材料板材加工完毕。

作为优选方案，步骤S1中所述待加工的复合材料板材为纳米颗粒增强的铝基复合材料板材。