一種鋁-鈦復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬復合材料的制備方法，特別是一種鋁-鈦復合材料的制備方 法。
【背景技術】
[0002] 鋁基復合材料具有低密度、高拉伸強度、高彈性模量和高耐磨性等優(yōu)點。因此，鋁 基復合材料在航空航天中具有很大的應用潛能。目前生產(chǎn)鋁基復合材料的方法大多為擠 壓鑄造法、無壓浸滲法和噴射成形法，這些方法存在一定的缺點，比如強化顆粒在基體中分 散不均勻，強化顆粒與鋁基體潤濕性差，制備的復合材料孔隙度高和較低的經(jīng)濟效益等。累 積疊軋焊做為一種嶄新的方法克服了上述的缺點，近年來，人們利用該方法已經(jīng)生產(chǎn)出了 多種鋁基復合材料，比如B 4C強化鋁基復合材料，SiCp強化鋁基復合材料，Al 203強化鋁基復 合材料，SiO2強化鋁基復合材料，ZrO 2強化鋁基復合材料和ZnO2強化鋁基復合材料。這些 鋁基復合材料的增強相均為陶瓷顆粒，因此，他們的導電性能受到了很大程度的限制。靜電 積聚嚴重地威脅了航空組件的安全。因此，在選擇航空組件的材料時，電導率必須要考慮在 內(nèi)。用硬度較高的金屬鈦顆粒增強鋁基復合材料有可能在不犧牲原有鋁基復合材料優(yōu)良力 學性能的前提下解決它們導電率低下的問題，進而達到航空組件材料的要求。到目前為止， 通過累積疊軋焊方法生產(chǎn)純金屬顆粒增強鋁基復合材料的報道至今還尚未發(fā)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有高強度、高硬度、優(yōu)異導電性能的鋁-鈦復合材 料的制備方法。本發(fā)明主要是利用工業(yè)純鋁板材和適量的純鈦金屬顆粒作為原料，借助于 累積疊軋焊手段，可得到具有優(yōu)異力學性能和導電性能的鋁-鈦復合材料。
[0004] 本發(fā)明涉及的鋁-鈦復合材料為純鈦顆粒增強鋁基復合材料，鈦在鋁中的含量體 積比為：1% _1〇%。
[0005] 所述鋁-鈦復合材料的制備方法具體步驟為： (1)將退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗；將直徑 為5-100 μ m、體積為退火態(tài)1060工業(yè)純錯板的0. 5%-2. 5%的純鈦顆粒均勻鋪在兩片退火 態(tài)1060工業(yè)純鋁板之間；將兩片退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板疊放好后放入馬弗爐中，加熱溫度 為280-350°C，加熱5-20分鐘后在軋機上進行軋制；乳制的過程中不使用潤滑油，乳制速度 為0. 4-0. 8m/s，壓下量為50% ;乳制完成后空冷至室溫得復合板材；以上過程為第一道次軋 制。
[0006] (2)將第一道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對復合板材表 面進行打磨、清洗，在切斷后的兩復合板材之間均勻鋪放與第一道次軋制質(zhì)量相同的純鈦 顆粒，其加熱、乳制與第一道次軋制相同；重復剪切、打磨清洗、鋪放純鈦顆粒、疊放、加熱和 軋制至第4道次軋制；合成出鈦體積比為1%-10%的鋁-鈦復合材料。
[0007] (3)顆粒均勻化處理：在不加入純鈦顆粒的條件下，將步驟（2)合成的鋁-鈦復合 材料按照步驟（1)方法進行15次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制；最終得到顆粒 分布均勻、鈦體積比為1%-10%的鋁-鈦復合材料。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：本發(fā)明的鋁基復合材料在不破壞純鋁優(yōu)良 導電性能的前提下，力學性能得到了大幅的提高。其屈服強度為122-180MPa、抗拉強度為 130-195MPa、顯微硬度為49-63HV，分別為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁的3. 05-4. 5倍、1. 63-2. 44 倍和1. 63-2. 1倍。由于制備該種復合材料時，沒有引入金屬間化合物，所以導電性能良好， 其導電率為2. 69-2. 8μΩ · cm，分別為退火態(tài)1060工業(yè)純鋁、2024 T3態(tài)鋁合金、5052 Hl 態(tài)鋁合金、6061 T6態(tài)鋁合金、7075 T6態(tài)鋁合金的1. 02-1. 06倍、0. 48-0. 49倍、0. 56-0. 58 倍、0. 69-0. 71 倍和 0. 54-0. 55 倍。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明實施例1獲得的鋁-鈦復合材料的金相圖。
[0010] 具體的實施方式： 實施例1 : (1)將尺寸為150mmX IOOmmX Imm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板（西南鋁業(yè)有限公司生 產(chǎn)）表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗；將直徑為5-100 μ m的7g純鈦顆粒（上 海水田材料科技有限公司生產(chǎn)）均勻鋪在兩片退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板之間；將兩片退火態(tài) 1060工業(yè)純鋁板疊放好后放入馬弗爐中，加熱溫度為280°C，加熱5分鐘后在直徑為300mm， 長度為220mm的軋機上進行軋制；乳制的過程中不使用潤滑油，乳制速度為0. 6m/s，壓下量 為50% ;乳制完成后空冷至室溫得復合板材；以上過程為第一道次軋制。
[0011] (2)將第一道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對復合板材表 面進行打磨、清洗，在切斷后的兩復合板材之間均勻鋪放與第一道次軋制質(zhì)量相同（7g)的 純鈦顆粒，其加熱、乳制與第一道次軋制相同；重復剪切、打磨清洗、鋪放純鈦顆粒、疊放、加 熱和軋制至第4道次軋制；合成出鈦體積比為1%的鋁-鈦復合材料。
[0012] (3)在不加入純鈦顆粒的條件下，將步驟（2)合成的鋁-鈦復合材料板材按照步驟 (1)方法進行15次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制；最終得到顆粒分布均勻、鈦體 積比為1%的錯-欽復合材料。
[0013] 實施例2: (1)將尺寸為150mmX IOOmmX Imm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板（西南鋁業(yè)有限公司生 產(chǎn)）表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗；將直徑為5-100 μπι的70g純鈦顆粒 (上海水田材料科技有限公司生產(chǎn)）均勻鋪在兩片退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板之間；將兩片退 火態(tài)1060工業(yè)純鋁板疊放好后放入馬弗爐中，加熱溫度為350°C，加熱10分鐘后在直徑為 300mm，長度為220mm的軋機上進行軋制；乳制的過程中不使用潤滑油，乳制速度為0. 4m/s， 壓下量為50% ;乳制完成后空冷至室溫得復合板材；以上過程為第一道次軋制。
[0014] (2)將第一道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對復合板材表 面進行打磨、清洗，在切斷后的兩復合板材之間均勻鋪放與第一道次軋制質(zhì)量相同（Hg)的 純鈦顆粒，其加熱、乳制與第一道次軋制相同；重復剪切、打磨清洗、鋪放純鈦顆粒、疊放、加 熱和軋制至第4道次軋制；合成出鈦體積比為2%的鋁-鈦復合材料。
[0015] (3)在不加入純鈦顆粒的條件下，將步驟（2)合成的鋁-鈦復合材料按照步驟（1) 方法進行15次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制；最終得到顆粒分布均勻、鈦體積 比為2%的鋁-鈦復合材料。
[0016] 實施例3: (1)將尺寸為150mmX IOOmmX Imm的退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板（西南鋁業(yè)有限公司生 產(chǎn)）表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗；將直徑為5-100 μπι的Hg純鈦顆粒 (上海水田材料科技有限公司生產(chǎn)）均勻鋪在兩片退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板之間；將兩片退 火態(tài)1060工業(yè)純鋁板疊放好后放入馬弗爐中，加熱溫度為310°C，加熱20分鐘后在直徑為 300mm，長度為220mm的軋機上進行軋制；乳制的過程中不使用潤滑油，乳制速度為0. 8m/s， 壓下量為50% ;乳制完成后空冷至室溫得復合板材；以上過程為第一道次軋制。
[0017] (2)將第一道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對復合板材表 面進行打磨、清洗，在切斷后的兩復合板材之間均勻鋪放與第一道次軋制質(zhì)量相同（70g)的 純鈦顆粒，其加熱、乳制與第一道次軋制相同；重復剪切、打磨清洗、鋪放純鈦顆粒、疊放、加 熱和軋制至第4道次軋制；合成出鈦體積比為10%的鋁-鈦復合材料。
[0018] (3)在不加入純鈦顆粒的條件下，將步驟（2)合成的鋁-鈦復合材料按照步驟（1) 方法進行15次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制；最終得到顆粒分布均勻、鈦體積 比為10%的鋁-鈦復合材料。
[0019] 對最終得到的鋁-鈦復合材料進行拉伸、硬度和電阻率測試。室溫單軸拉伸試驗 在Instron5982力學性能測試系統(tǒng)上進行，拉伸速率為：5X10_ 4 · s'顯微硬度性能測試 在50N，10秒的實驗條件下進行。室溫電阻率測試在PPMS-9物理性能分析系統(tǒng)上進行，實 驗采用標準4線連接方法。
[0020] 本發(fā)明AMMCs的室溫力學性能為：拉伸強度彡130MPa，屈服強度彡122MPa，伸長率 彡4%，顯微硬度彡49Hv，電阻率彡2. 8 μ Ω · cm。測試的具體數(shù)據(jù)見表1。
[0021] 表1 :本發(fā)明獲得的鋁-鈦復合材料力學及導電性能測試結(jié)果
【主權項】
1. 一種鋁-鈦復合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為： (1) 將退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板表面用鋼絲刷進行打磨，然后用酒精進行清洗；將直徑 為5-100 μ m、體積為退火態(tài)1060工業(yè)純錯板的0. 5%_2. 5%的純鈦顆粒均勻鋪在兩片退火 態(tài)1060工業(yè)純鋁板之間；將兩片退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板疊放好后放入馬弗爐中，加熱溫度 為280-350°C，加熱5-20分鐘后在軋機上進行軋制；乳制的過程中不使用潤滑油，乳制速度 為0. 4-0. 8m/s，壓下量為50% ;乳制完成后空冷至室溫得復合板材；以上過程為第一道次軋 制； (2) 將第一道次軋制后的復合板材從中間切斷，分別用鋼刷和酒精對復合板材表面進 行打磨、清洗，在切斷后的兩復合板材之間均勻鋪放與第一道次軋制質(zhì)量相同的純鈦顆粒， 其加熱、乳制與第一道次軋制相同；重復剪切、打磨清洗、鋪放純鈦顆粒、疊放、加熱和軋制 至第4道次軋制；合成出鈦體積比為1%-10%的鋁-鈦復合材料； (3 )在不加入純鈦顆粒的條件下，將步驟（2 )合成的鋁-鈦復合材料按照步驟（1)方法 進行15次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制；最終得到顆粒分布均勻、鈦體積比為 1%_10%的錯-欽復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋁-鈦復合材料的制備方法。（1）將退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板打磨，清洗；將純鈦顆粒鋪在兩片退火態(tài)1060工業(yè)純鋁板之間；放入馬弗爐中加熱、在軋機上進行軋制；冷至室溫得復合板材；（2）將復合板材從中間切斷，打磨、清洗，在切斷后的兩復合板材之間鋪放與第一道次軋制質(zhì)量相同的純鈦顆粒，其加熱、軋制與第一道次軋制相同；重復剪切、打磨清洗、鋪放純鈦顆粒、疊放、加熱和軋制至第4道次軋制；（3）在不加入純鈦顆粒的條件下，進行15次循環(huán)的剪切、打磨清洗、疊放、加熱和軋制；得到顆粒分布均勻、鈦體積比為1%-10%的鋁-鈦復合材料。發(fā)明的鋁-鈦復合材料在不破壞純鋁優(yōu)良導電性能的前提下，力學性能得到了大幅的提高。
【IPC分類】C22F1-04
【公開號】CN104561854
【申請?zhí)枴緾N201510049592
【發(fā)明人】劉崇宇, 李義兵, 李玉平, 姜艷麗, 羅琨
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月1日