專利名稱：：一種顆粒增強鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法。
背景技術(shù)：
：顆粒增強鋁基復合材料具有高比強度、高比剛度、耐疲勞等優(yōu)點，近年來逐漸發(fā)展成為應用于航空航天關(guān)鍵承載零部件的重要結(jié)構(gòu)材料。隨著航天技術(shù)的發(fā)展以及顆粒增強鋁基復合材料在航天領(lǐng)域應用范圍的擴大，航天器設計者對顆粒增強鋁基復合材料的性能提出了更高的要求，不僅要求材料具有較高的力學性能，還要求材料在使用過程中應具有良好的尺寸穩(wěn)定性。因此發(fā)明一種既能提高復合材料的常規(guī)力學性能又能提高復合材料的尺寸穩(wěn)定性的穩(wěn)定化處理工藝具有十分迫切的工程意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，能提高顆粒增強鋁基復合材料的抗拉強度、規(guī)定非比例延伸強度等宏觀力學性能，又能提高復合材料的尺寸穩(wěn)定性。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，該方法包括以下步驟第一步驟將顆粒增強鋁基復合材料在50(TC535'C條件下進行固溶，固溶時間按t^Xk計算，其中，t為固溶時間，單位是分鐘；m為顆粒增強鋁基復合材料的棒材的直徑或餅材的厚度，單位均是毫米；k為0.6分鐘/毫米l分鐘/毫米；第二步驟固溶后將顆粒增強鋁基復合材料進行水淬；第三步驟水淬后將顆粒增強鋁基復合材料進行時效，時效溫度為20'C20(TC，時效時間為5h96h;第四步驟時效后將顆粒增強鋁基復合材料直接置于液氮中，液氮溫度為-196'C，保溫20分鐘~40分鐘；第五步驟再將顆粒增強鋁基復合材料從液氮中取出，直接置于高溫恒溫箱中，恒溫箱溫度設定在125°C~200°C;保溫1.5-2.5小時。第六步驟重復第四步驟、第五步驟兩次。在所述的第一步驟中，固溶時固溶溫度允許在士5'C的范圍內(nèi)波動。在所述的第四步驟中，時效時的時效溫度允許在土rc的范圍內(nèi)波動。在所述的第五步驟中，'高溫恒溫箱溫度允許士rc范圍內(nèi)波動。上述的溫度波動范圍為溫控儀表的溫度波動范圍，是由試驗設備的精度所決定的，因此，選擇試驗設備要在上述的允許溫度波動范圍內(nèi)的精度基礎上進行選擇。在所述的第四步驟中，顆粒增強鋁基復合材料是全部浸于液氮當中。在所述的第一步驟中，t優(yōu)選為0.6分鐘/毫米0.8分鐘/毫米；t更優(yōu)選為0.67分鐘/毫米。本發(fā)明所使用的顆粒增強鋁基復合材料由增強體顆粒和鋁合金基體組成，增強體顆粒彌散均勻分布于鋁合金基體中，增強體顆粒在復合材料中體積百分比為10~35%，增強體顆粒為SiC、Al203和AlN中的任意一種，鋁合金基體為硬鋁(2XXX)或鍛鋁(6XXX)。其中，增強體顆粒SiC、A1203、A1N具有高硬度、高彈性模量、低膨脹系數(shù)等特點；增強體顆粒與基體形成高強度的界面結(jié)合。本發(fā)明的顆粒增強鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法的優(yōu)點是該處理工藝是采取固溶時效后進行高低溫冷熱循環(huán)的工藝，該處理工藝可有效地降低材料內(nèi)部的殘余應力，穩(wěn)定材料內(nèi)部位錯組態(tài)，使材料具有良好的宏觀的力學性能(抗拉強度、規(guī)定非比例延伸強度)和良好的尺寸穩(wěn)定性。圖1為15WSiCp/2009復合材料穩(wěn)定化處理前后的應力松弛對比曲線。圖2為25。/。AlNp/6061復合材料穩(wěn)定化處理前后的應力松弛對比曲線。具體實施方式實施例1本實施例1所實驗的顆粒增強鋁基復合材料為SiCp/2009復合材料，SiC顆粒彌散均勻分布于鋁合金基體中，SiC顆粒的體積百分數(shù)為15%，復合材料為棒材，直徑100mm,長度100mm。以下簡稱為復合材料。具體實施方法第一步將復合材料進行510'C固溶處理，固溶時間為60~80分鐘；第二步水淬；第三步25'C時效96小時以上。第四步將復合材料直接置于液氮中，液氮溫度為-196'C,保溫半個小時。第五步將復合材料從液氮中取出，直接置于高溫恒溫箱，恒溫箱溫度設定在15(TC，保溫兩個小時。重復第四步，第五步兩次。經(jīng)過以上方法處理后，復合材料的宏觀力學性能和尺寸穩(wěn)定性較擠壓態(tài)得到了較大的提高，其具體性能表i和圖1所示。表115%SiCp/2009復合材料穩(wěn)定化處理前后力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例2本實施例2所實驗的顆粒增強鋁基復合材料為AlNp/6061復合材料，AIN顆粒彌散均勻分布于鋁合金基體中，AIN顆粒的體積百分數(shù)為25%，復合材料為棒材，直徑50mm，長度100mm，以下簡稱為復合材料。具體實施方法第一步將復合材料進行53(TC固溶處理，固溶時間為30~50分鐘；第二步水淬；第三步175'C時效5小時。第四步將復合材料直接置于液氮中，液氮溫度為-196'C，保溫半個小時。第五步將復合材料從液氮中取出，直接置于高溫恒溫箱，恒溫箱溫度設定在175°C。保溫兩個小時。重復第四步，第五步兩次。經(jīng)過以上方法處理后，復合材料的宏觀力學性能和尺寸穩(wěn)定性較原始擠壓態(tài)均有了得到了較大的提高，其具體性能表2和圖2所示。表225%AlNp/6061復合材料穩(wěn)定化處理前后力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>通過研究表明，金屬的應力松弛是在給定溫度和總變形量不變的條件下應力隨時間而降低的現(xiàn)象，可以用來表征金屬材料在長期負載下的尺寸穩(wěn)定性，本發(fā)明即是通過應力松弛試驗來表征復合材料的尺寸穩(wěn)定性的。通過研究還表明，在初始應力相同的情況下，經(jīng)過相同的負載時間，剩余應力越高，則材料在長期負載下的尺寸穩(wěn)定性越好。通過圖l、圖2表明，經(jīng)過本發(fā)明的工藝方法進行尺寸穩(wěn)定化處理的復合材料的剩余應力比原始擠壓態(tài)的復合材料的剩余應力都高，說明經(jīng)過本發(fā)明的工藝方法進行尺寸穩(wěn)定化處理的復合材料在長期負載下的尺寸穩(wěn)定性好。權(quán)利要求1一種顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，其特征在于該方法包括以下步驟第一步驟將顆粒增強鋁基復合材料在500℃～535℃條件下進行固溶，固溶時間按t＝m×k計算，其中，t為固溶時間，單位是分鐘；m為顆粒增強鋁基復合材料的棒材的直徑或餅材的厚度，單位均是毫米；k為0.6分鐘/毫米～1分鐘/毫米；第二步驟固溶后將顆粒增強鋁基復合材料進行水淬；第三步驟水淬后將顆粒增強鋁基復合材料進行時效，時效溫度為20℃～200℃，時效時間為5h～96h；第四步驟時效后將顆粒增強鋁基復合材料直接置于液氮中，液氮溫度為-196℃，保溫20分鐘～40分鐘；第五步驟再將顆粒增強鋁基復合材料從液氮中取出，直接置于高溫恒溫箱中，恒溫箱溫度設定在125℃～200℃；保溫1.5～2.5小時；第六步驟重復第四步驟、第五步驟兩次。2根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，其特征在于在所述的第一步驟中，固溶時固溶溫度在±5℃的范圍內(nèi)波動。3根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，其特征在于在所述的第四步驟中，時效時的時效溫度在±1℃的范圍內(nèi)波動。4根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，其特征在于在所述的第五步驟中，高溫恒溫箱溫度波動在±1℃。5根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，其特征在于在所述的第四步驟中，顆粒增強鋁基復合材料是全部浸于液氮當中。6根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，其特征在于所使用的顆粒增強鋁基復合材料由增強體顆粒和鋁合金基體組成，增強體顆粒彌散均勻分布于鋁合金基體中，增強體顆粒在復合材料中體積百分比為10～35％，增強體顆粒為SiC、Al2O3和AlN中的任意一種，鋁合金基體為硬鋁(2×××)或鍛鋁(6×××)。全文摘要一種顆粒增強鋁基復合材料的尺寸穩(wěn)定化處理工藝方法，包括以下步驟第一步驟將顆粒增強鋁基復合材料在500℃～530℃條件下進行固溶，固溶時間按0.67分鐘/毫米計算；第二步驟進行水淬；第三步驟進行時效，時效溫度為20℃～200℃，時效時間為5h～96h；第四步驟置于液氮中，液氮溫度為-196℃，保溫20分鐘～40分鐘；第五步驟置于高溫恒溫箱中，恒溫箱溫度設定在125℃～200℃；保溫1.5～2.5小時；第六步驟重復第四步驟、第五步驟兩次。該處理工藝是采取固溶時效后進行高低溫冷熱循環(huán)的工藝，該處理工藝可有效地降低材料內(nèi)部的殘余應力，穩(wěn)定材料內(nèi)部位錯組態(tài)，使材料具有良好的宏觀的力學性能(抗拉強度、規(guī)定非比例延伸強度)和良好的尺寸穩(wěn)定性。文檔編號C22F1/04GK101386967SQ20071012175公開日2009年3月18日申請日期2007年9月13日優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日發(fā)明者濤左,琪張,駿徐,樊建中,石力開,肖伯律申請人:北京有色金屬研究總院