一种粉末冶金-轧制制备铝合金/铝基复合材料复合板的方法
阅读说明：本技术 一种粉末冶金-轧制制备铝合金/铝基复合材料复合板的方法 (Method for preparing aluminum alloy/aluminum-based composite material composite board through powder metallurgy-rolling ) 是由 刘文昌 王志杰 张文飞 孙海洋 杜鹏 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明属于金属基复合材料的制造技术领域,具体涉及一种利用粉末冶金和轧制制备铝合金/铝基复合材料复合板的方法。所述方法包括以下步骤：步骤一、制备铝合金粉末、铝基复合材料粉末；步骤二、将铝合金粉末、铝基复合材料粉末、铝合金粉末依次平铺于烧结模具中,随后进行放电等离子烧结,得到铝合金/铝基复合材料块体；步骤三、对步骤二中的铝合金/铝基复合材料块体进行多道次热轧处理,得到铝合金/铝基复合材料复合板材。本发明所制得的铝合金/铝基复合材料的复合板的力学性能较普通铝基复合材料有明显提高,另外该方法制备的复合板材不会有复合界面存在,从而减少界面氧化对复合板材力学性能的影响。(The invention belongs to the technical field of manufacturing of metal matrix composite materials, and particularly relates to a method for preparing an aluminum alloy/aluminum matrix composite material composite plate by utilizing powder metallurgy and rolling. The method comprises the following steps: step one, preparing aluminum alloy powder and aluminum matrix composite powder; step two, paving the aluminum alloy powder, the aluminum-based composite material powder and the aluminum alloy powder in a sintering mold in sequence, and then performing discharge plasma sintering to obtain an aluminum alloy/aluminum-based composite material block; and step three, carrying out multi-pass hot rolling treatment on the aluminum alloy/aluminum matrix composite material block in the step two to obtain the aluminum alloy/aluminum matrix composite material composite plate. The mechanical property of the composite plate of the aluminum alloy/aluminum-based composite material prepared by the invention is obviously improved compared with that of the common aluminum-based composite material, and in addition, the composite plate prepared by the method does not have a composite interface, so that the influence of interface oxidation on the mechanical property of the composite plate is reduced.)
技术领域
本发明属于金属基复合材料的制造
技术领域
，具体涉及一种粉末冶金-轧制制备铝合金/铝基复合材料复合板的方法。背景技术
以铝合金为基础组元的复合板是一种常见的、用途非常广泛的金属复合材料。它因铝合金的加入而展现出铝合金的良好成型性、延展性等特点。铝合金基复合板材已广泛应用于航空、航天、机械、建筑、电子等领域。
现有技术中，铝合金基复合板材主要的制备方法为爆炸复合法、扩散复合法、铸轧复合法、轧制复合法。其中轧制复合因经济、高效、可控等因素而成为金属复合板带最常用的制备方法。然而热轧复合板界面结合处易被氧化从而导致复合板结合强度降低并导致复合板的综合力学性能降低。目前研究人员提出了很多工艺方法用以增加复合板的各组元结合性。例如中国专利(CN109647883 B)公开的一种防止轧制金属复合板界面氧化的方法，发明人采用密封方式封堵复合板界面处然后进行热轧制从而提高界面结合性、改善复合板力学性能。但其操作步骤繁杂、工作效率低下使其工业化应用受到限制。
本发明将铝合金粉末和铝基复合材料粉末通过粉末冶金、轧制方式制备成复合板材，这种铝合金/铝基复合材料复合板从根本上避免了界面氧化问题。因此本发明提供了一种以制备金属复合板的新方法。
发明内容
本发明为改善热轧复合板界面结合性，提供了一种具有良好机械性能铝合金/铝基复合材料复合板的新制备方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明一方面提供一种粉末冶金-轧制制备铝合金/铝基复合材料复合板的方法，包括以下步骤：
步骤一、制备铝合金粉末、铝基复合材料粉末；
步骤二、将铝合金粉末、铝基复合材料粉末、铝合金粉末依次平铺于烧结模具中，随后进行放电等离子烧结，得到铝合金/铝基复合材料块体；
步骤三、对步骤二中的铝合金/铝基复合材料块体进行多道次热轧处理，得到铝合金/铝基复合材料复合板材。
上述技术方案中，进一步地，所述铝合金粉末为1060铝合金粉末；所述铝基复合材料粉末为1060铝合金粉末与SiC纳米颗粒的混合物。
上述技术方案中，进一步地，所述步骤二中铝合金粉末、铝基复合材料粉末、铝合金粉末在烧结模具中铺平的厚度比为1：2：1或1：1.5：1。
上述技术方案中，进一步地，所述烧结温度范围为530℃～560℃，压强为30～50MPa。
上述技术方案中，进一步地，所述步骤三中多道次热轧处理为：在热处理炉中进行预加热处理，预加热时间为5～15min，温度为300～550℃；加热后的铝合金/铝基复合材料块体在双辊轧机下进行往复轧制，使得多道次轧制每道次变形量为10～15％，总变形量为65～75％。
本发明另一方面提供一种上述制备方法制得的铝合金/铝基复合材料复合板材。
上述技术方案中，进一步地，所述铝合金/铝基复合材料复合板材的叠放顺序为由上至下依次为铝合金-铝基复合材料-铝合金。
本发明与目前已有技术相比，有益效果如下：
与普通烧结处理后得到的铝基复合材料相比，本发明通过引入铝合金粉末层，然后将铝合金粉末层与铝基复合材料粉末层交替平铺形成三明治结构，随后将该三明治结构材料烧结、轧制处理形成铝合金/铝基复合材料/铝合金复合板，所制得的铝合金/铝基复合材料的复合板的力学性能较普通铝基复合材料有明显提高，另外该方法制备的复合板材与传统轧制复合方法制备的铝合金/铝基复合材料复合板相比不会有复合界面存在，从而减少界面氧化对复合板材力学性能的影响。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的1060/Al-0.5％SiC/1060复合板界面处金相照片；
图2为本发明实施例3制备的1060/Al-0.5％SiC/1060复合板界面处金相照片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：
步骤一、制备1060铝合金粉末；利用球磨或其它搅拌方法将1060铝合金粉末和SiC粉末进行均匀混合，得到铝基复合材料粉末；
步骤二、将1060铝合金粉末、铝基复合材料粉末、1060铝合金粉末依次平铺于模具之中，平铺厚度比例为1：2：1或1：1.5：1，利用放电等离子烧结技术对样品进行烧结，烧结温度为560℃，压强为50MPa，形成铝合金/铝基复合材料块体；
步骤三、将上述铝合金/铝基复合材料块体在热处理炉中进行预加热处理，预加热时间为15min，加热温度为500℃；
步骤四、将加热后的铝合金/铝基复合材料块体在双辊轧机下进行往复轧制，变形量约70％，从而得到铝合金/铝基复合材料复合板材。
实施例1
步骤一、将体积分数为0.5％的SiC粉末(颗粒直径约50nm)与1060铝合金粉末(颗粒直径约40μm)在酒精溶液中利用搅拌方式进行充分混合并利用真空干燥箱烘干；
步骤二、将1060铝合金粉末平铺于烧结模具中，然后将混合后的铝基复合材料粉末铺于其上方，随后再铺设一层1060铝合金粉末，铺设厚度比例为1：1.5：1，采用放电式等离子烧结炉将粉末进行烧结处理，烧结温度560℃，压力为50MPa，保温时间为3分钟；
步骤三、将烧结后样品在马弗炉中预加热处理，加热温度是500℃，保温15分钟；
步骤四、将样品在双辊轧机下进行多道次轧制处理，每道次变形量约为15％，最终获得总变形量为70％的Al/Al-SiC/Al复合板。
对比例1
传统方法进行热轧制备的Al/Al-SiC/Al复合板的步骤具体为：
步骤一、将由SiC颗粒增强体与1060铝合金粉末进行混合成为复合材料前驱体，其中增强体占复合材料的体积分数比为0.5％，将混合后复合材料进行烧结处理，其中烧结温度为560℃，压强为50MPa，保温3分钟，形成铝基复合材料块体；
步骤二、制作1060铝合金板材，将铝合金板材进行退火处理；
步骤三、将步骤一中的铝基复合材料板材和步骤二中的铝合金板材分别进行表面清洗、而后进行裁切，按照1060铝合金-铝基复合材料-1060铝合金的形式进行组合叠放并固定构成预轧板材，然后放入马弗炉中进行预加热15分钟，加热温度为500℃；
步骤四、将加热后的预轧板材采用双辊轧机进行轧制变形处理，变形量70％，从而得到Al/Al-SiC/Al复合板。
表1为实施例1制备得到的Al/Al-SiC/Al复合板与对比例1制备的Al/Al-SiC/Al复合板的力学性能测试结果对比情况，由表1可知，可以明显观察到其抗拉强度和延伸率均表现出更优异的性能。
表1实施例1和对比例1制备的复合板拉伸性能测试数据
样品
屈服强度(MPa)
抗拉强度(MPa)
延伸率(％)
实施例1
111.3
158.9
16.7
对比例1
76.1
151.2
8.2
实施例2
步骤一、将体积分数为0.5％的SiC粉末(颗粒直径约50nm)与1060铝合金粉末(颗粒直径约40μm)通过溶液搅拌方式进行充分混合并利用真空干燥箱烘干；
步骤二、将1060铝合金粉末平铺于烧结模具中，然后将混合后的铝基复合材料粉末铺于其上方，随后再铺设一层1060铝合金粉末，铺设厚度比例为1：2：1，采用放电式等离子烧结炉将粉末进行烧结处理，烧结温度560℃，压力为50MPa，保温时间为3分钟；
步骤三、将烧结后样品在马弗炉中预加热处理，加热温度是500℃，保温15分钟；
步骤四、将样品在双辊轧机下进行多道次轧制处理，每道次变形量约为15％，最终获得总变形量为70％的Al/Al-SiC/Al复合板。
如图1所示Al/Al-SiC/Al复合板界面处的金相照片很难观察到复合界面，这意味着与传统轧制复合手段相比，界面处不会有被氧化的现象出现。
实施例3
步骤一、将体积分数为0.2％的SiC粉末(颗粒直径约50nm)与1060铝合金粉末(颗粒直径约40μm)在酒精溶液中利用搅拌方式进行充分混合并利用真空干燥箱烘干；
步骤二、将1060铝合金粉末平铺于烧结模具中，然后将混合后的铝基复合材料粉末铺于其上方，随后再铺设一层1060铝合金粉末，铺设厚度比例为1：2：1，采用放电式等离子烧结炉将粉末进行烧结处理，烧结温度560℃，压力为50MPa，保温时间为3分钟；
步骤三、将烧结后样品在马弗炉中预加热处理，加热温度是500℃，保温15分钟；
步骤四、将样品在双辊轧机下进行多道次轧制处理，每道次变形量约为15％，最终获得总变形量为70％的Al/Al-SiC/Al复合板。
图2为1060/Al-0.5％SiC/1060复合板界面处金相照片，如图2所示，Al/Al-SiC/Al复合板界面处无氧化层出现。
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