阅读说明：本技术 非晶增强铝合金复合材料及其制备方法 (Amorphous reinforced aluminum alloy composite material and preparation method thereof ) 是由 宁炜铭 李海超 倪欣 安雯嫣 贾欣茹 范翊 于 2020-05-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种非晶增强铝合金复合材料及其制备方法,复合材料包括基体粉末和非晶增强体粉末,其中,基体粉末包括：10.0-13.0wt％锌、1.9-3.0wt％镁、1.2-2.0wt％铜、0.02-0.2wt％钛、0.1-0.3wt％锆、0.1-0.3wt％钪、铁≤0.05wt％、硅≤0.05wt％、81.1-86.5wt％铝,铁的含量大于硅的含量；非晶增强体粉末包括：50-60wt％镍、10-25wt％锆、10-25wt％钛、1-5wt％硅、1-5wt％锡；本发明的复合材料经热挤压后,合金达到完全致密化,其T6态力学性能相比传统粉末冶金超高强铝合金提高20％以上,极大地拓展了该合金的应用前景。(The invention provides an amorphous reinforced aluminum alloy composite material and a preparation method thereof, wherein the composite material comprises matrix powder and amorphous reinforcement powder, wherein the matrix powder comprises: 10.0-13.0 wt% of zinc, 1.9-3.0 wt% of magnesium, 1.2-2.0 wt% of copper, 0.02-0.2 wt% of titanium, 0.1-0.3 wt% of zirconium, 0.1-0.3 wt% of scandium, less than or equal to 0.05 wt% of iron, less than or equal to 0.05 wt% of silicon, 81.1-86.5 wt% of aluminum, wherein the content of iron is more than that of silicon; the amorphous reinforcement powder includes: 50-60 wt% of nickel, 10-25 wt% of zirconium, 10-25 wt% of titanium, 1-5 wt% of silicon and 1-5 wt% of tin; after the composite material is subjected to hot extrusion, the alloy achieves complete densification, the T6 state mechanical property of the alloy is improved by more than 20 percent compared with that of the traditional powder metallurgy ultrahigh-strength aluminum alloy, and the application prospect of the alloy is greatly expanded.)

非晶增强铝合金复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种非晶增强铝合金复合材料及其制备方法。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系(7XXX系)合金是航空工业中最具优势的结构用材料，与之相应的合金热处理标准也分门别类。在新型Al-Zn-Mg-Cu系铝合金产品的开发过程中，发现主合金化元素的含量存在明显的上限，即使采用快速凝固方法制备，合金力学性能也难以突破瓶颈，原因在于合金化含量过高，第二相在固溶温度区间无法完全回溶，导致随后时效过程析出相数量减少，造成合金强度下降，且残留第二相会进一步损害合金的塑性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种非晶增强铝合金复合材料。

本发明的第二个目的是提供上述复合材料的制备方法。即采用粉末冶金方法制备非晶增强超高强铝合金复合材料，并建立了增强体含量与力学性能的关系：随着增强体含量的增加，力学性能显著提升，通过增强体-基体复合强化效应实现了优化合金力学性能的目的，进而开发出具有超高性能的铝合金复合材料，对我国工业的发展具有重要的意义。

为达到上述的首要目的，本发明的解决方案是：

一种非晶增强铝合金复合材料，其包括基体粉末和非晶增强体粉末，其中，基体粉末包括如下组分：

铁的含量大于硅的含量；

非晶增强体粉末包括如下组分：

优选地，基体粉末的粒径＜100μm，非晶增强体粉末的粒径＜50μm。

为达到第二个目的，本发明的解决方案是：

一种上述的非晶增强铝合金复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、将基体粉末和非晶增强体粉末进行球磨混合，得到混合物；

(2)、对混合物抽真空至真空度小于1×10^-4Pa，并冲入氩气保护，之后进行烧结，得到坯料；

(3)、坯料经过打磨，并采用纯铜包套包覆后等温挤压，双极固溶处理，淬火，得到非晶增强铝合金复合材料。

优选地，步骤(1)中，球磨的参数为：球粉比为6:1-10:1，转速为100-200rpm，球磨时间为1-3h，每转15-20min停止15-20min，然后反向旋转。

优选地，步骤(2)中，氩气为0.5×10⁵Pa-1×10⁵Pa；烧结的压力为450-550MPa，烧结的温度为400-450℃，烧结的时间为30-60min。

优选地，步骤(2)中，坯料为圆柱体，其长度为15mm，直径为10mm。

优选地，步骤(3)中，挤压的温度为400-430℃，挤压比为10:1，冲头移动的速度为0.05-0.15mm/s。

优选地，步骤(3)中，双极固溶处理中先在450-465℃下保温1h，然后升温至470-490℃保温1h。

优选地，步骤(3)中，淬火的转移时间≤15s，淬火的温度为25-35℃，采用的时效制度为单级时效：在120℃下保温16-20h。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

第一、本发明采用了自身具备优异力学性能(Hv＞500)的非晶增强体，结合粉末冶金技术，从而突破了传统合金成分的限制，获得增强体均匀分布的等轴细小合金组织，平均晶粒尺寸＜40μm。

第二、本发明的坯料经热挤压后，合金达到完全致密化，继而进行T6热处理，并与不含增强体的同成分同状态合金进行性能比较，经测试，该复合材料T6态力学性能相比传统粉末冶金超高强铝合金提高20％以上，极大地拓展了该合金的应用前景。

附图说明

图1为本发明的非晶增强铝合金复合材料的扫描示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种非晶增强铝合金复合材料及其制备方法。

<非晶增强铝合金复合材料>

本发明的非晶增强铝合金复合材料包括基体粉末和非晶增强体粉末，其中，基体粉末包括如下组分：

Fe的含量大于Si的含量，Al为平衡元素。

非晶增强体粉末包括如下组分：

其中，基体粉末的粒径＜100μm，非晶增强体粉末的粒径＜50μm。

<非晶增强铝合金复合材料的制备方法>

本发明的非晶增强铝合金复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)、球磨混粉：为保证粉末不受污染，所有预混粉末操作在手套箱内进行，即将基体粉末和5-30vol％非晶增强体粉末加入球磨罐中，再将球磨罐密封安装到球磨机中进行球磨混合，得到混合物；

(2)、粉末热压烧结：装料(即混合物)后密封设备，对混合物抽真空至真空度小于1×10^-4Pa，并冲入氩气保护，之后进行烧结，得到坯料；

(3)、挤压致密化：烧结后的坯料经过打磨将表面缺陷去掉，并采用厚度为1mm的纯铜包套包覆后进行等温挤压；

(4)、热处理制度：进行双极固溶处理，淬火，得到非晶增强铝合金复合材料。

其中，在步骤(1)中，球磨的参数为：球粉比为6:1-10:1，转速为100-200rpm，球磨时间为1-3h，每转15-20min停止15-20min，然后反向旋转。

在步骤(2)中，氩气为0.5×10⁵Pa-1×10⁵Pa；烧结的压力为450-550MPa，烧结的温度为400-450℃，烧结的时间为30-60min。

在步骤(2)中，坯料的长度为15mm，直径为10mm。

在步骤(3)中，挤压的温度为400-430℃，挤压比为10:1，冲头移动的速度为0.05-0.15mm/s。

在步骤(3)中，双极固溶处理中先在450-465℃下保温1h，然后升温至470-490℃保温1h。

在步骤(3)中，淬火的转移时间≤15s，淬火的温度为25-35℃，采用的时效制度为单级时效：在120℃下保温16-20h。

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

本实施例的非晶增强铝合金复合材料的制备方法包括如下步骤：

将成分为84.67wt％Al-11wt％Zn-2.4wt％Mg-1.4wt％Cu-0.1wt％Ti-0.2wt％Zr-0.2wt％Sc-0.02wt％Fe-0.01wt％Si的基体粉末(粒径＜100μm)与20vol％的成分为57wt％Ni-20wt％Zr-20wt％Ti-1wt％Si-2wt％Sn的非晶增强体粉末(粒径＜50μm)采用球磨法进行混合，球磨参数为：球粉比为6:1，转速为150rpm，球磨时间为2h，每转15min停止15min，然后反向旋转。

混粉后进行热压烧结，烧结参数：氩气为0.5×10⁵Pa；烧结压力为500MPa，烧结温度为420℃，烧结的时间为50min，获得长度为15mm，直径为10mm的圆柱体坯料。同时，采用相同工艺参数对不含增强体的基体粉末进行烧结，获得传统粉末冶金超高强铝合金坯料。

将所获得的坯料进行热挤压与热处理，参数为：挤压温度为420℃，挤压比为10:1，冲头移动的速度为0.1mm/s；双极固溶处理中先在460℃下保温1h，然后升温至480℃保温1h；淬火的转移时间≤10s，淬火的温度为25℃，120℃下单级时效16h。对两种坯料进行热压缩强度测试，其中复合材料的压缩强度为918MPa，压缩塑性为35％；传统合金压缩强度635MPa，压缩塑性为43％。复合材料的强度提升44.5％。

上述对具体实施方式的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施方式做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施方式中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。