一种硬质颗粒增强铝合金管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硬质颗粒增强铝合金管，包括纯铝/防锈铝合金管A、硬质颗粒增强铝合金层、硬质颗粒增强铝合金沉积层和纯铝/防锈铝合金涂层，所述纯铝/防锈铝合金管A外表面由内至外依次为所述硬质颗粒增强铝合金层、所述硬质颗粒增强铝合金沉积层和所述纯铝/防锈铝合金涂层，本发明专利技术还公开了其制备方法。冷喷涂硬质颗粒增强铝合金层可显著增加层间结合强度，再沉积硬质颗粒增强铝合金层，然后再冷喷涂纯铝/防锈铝合金涂层，使旋压过程中能发生同步塑性变形，层间结合强度高，旋压的过程中不易开裂，强度高、耐腐蚀好，实现全包覆。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质颗粒增强铝合金管及其制备方法
本专利技术属于有色金属材料加工领域，尤其涉及一种硬质颗粒增强铝合金管及其制备方法。
技术介绍
硬质颗粒增强铝合金具有热膨胀系数低、导热性能良好以及表面耐磨性好、比强度高和比模量高等诸多优点，在航空、航天和轨道交通以及微电子行业有广阔的应用前景。但是，由于硬质颗粒与铝合金间的存在密度差，特别是铝合金熔体在搅拌时较容易氧化，所以，采用搅拌铸造的工艺难以制备合格的颗粒增强铝合金管件；采用粉末冶金的方法能较好地解决铝合金粉末和硬质颗粒间的混合均匀性问题，但是，粉末冶金不适合制备薄壁，且长度较长的硬质颗粒与铝合金管件制造。喷射沉积技术是一种采用快速凝固方法直接制备金属锭坯或者半成品的先进成形技术，可以生成过饱和固溶体，而析出的金属间化合物则较少，所以，可以用于添加陶瓷或更多合金元素制备出高强的铝合金，并且，很容易将铝合金熔体喷射沉积到一定直径的管子上或芯棒上，来制备所设置厚度和长度的管。但喷射沉积制备的材料不可避免地存在孔隙，需要经过致密化处理。申请号为201810967017.2的专利将喷射沉积耐热铝合金采用反挤压和旋压的方法来致密化，但该方法对塑性更差的颗粒增强铝合金不适用。申请号分别为201910139777.9和201710947644.5的专利都提出了将喷射沉积铝合金坯体放入纯铝/防锈铝合金容器，再在纯铝/防锈铝合金套与喷射沉积铝合金坯体填满硬质粒子后，再进行致密化。但是，在进行致密化压制时，硬质颗粒存在变形不一致的现象，只能致密化实体材料，而不能致密化空心的管材。另外，由于硬质粒子的阻隔，这种纯铝包套致密化方法中的纯铝只是起到临时的容器作用，无法实现与喷射沉积铝合金复合焊合，从而也无法实现对喷射沉积获得的颗粒增强铝合金管材的包覆。另外，虽然硬质颗粒增强铝合金的强度高，但抗腐蚀性能较差，难以在工况较恶劣的场合下使用，即使采用表面处理等技术仍然难以满足防腐蚀性要求。纯铝/防锈铝合金具有优异的抗腐蚀性能，但是其力学性能却较差，因此，为了充分发挥两种材料的优点，常常采用纯铝/防锈铝合金对硬质颗粒增强铝合金进行包覆处理，利用硬质颗粒增强铝合金材料的高强度来承担载荷，利用纯铝/防锈铝合金对零件进行表面腐蚀防护。在生产实践中，常常将纯铝板或管覆盖在硬铝和超硬铝合金板材或镁合金管材表面，采用轧制、挤压或旋压的方法对硬铝和超硬铝合金板材或镁合金管材进行纯铝塑性加工。但由于机械覆盖纯铝板和铝管与基体材料之间没有界面结合力，使得覆盖层与基体层之间在轧制、挤压或旋压过程中变形不一致而发生错动(两种材料之间无结合力的作用，无法实现同步变形)，难以很好地结合在一起，并且，也难以实现全包覆。冷喷涂是一种采用经过预热的高压气体驱动金属颗粒高速沉积到基体上的一种技术。由于气流驱动粒子的速度很高，可以通过粒子高速撞击到基体上发生强烈的塑性变形发生粒子沉积，所获得金属层组织致密，内部的残余应力是压应力，可以沉积很厚的金属层，特别适合于变形铝合金的沉积，因此，可以用该技术在金属零件表面包覆纯铝和防锈铝层。综上所述，当前对于喷射沉积制备的硬质颗粒增强的铝合金管材难以实现致密化，更难以用纯铝或防锈铝合金进行高结合强度的全包覆。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种硬质颗粒增强铝合金管，内、外壁包覆纯铝/防锈铝合金且硬质颗粒分布均匀，厚度可调、组织致密、强度高和耐腐蚀性能好。本专利技术还提供一种硬质颗粒增强铝合金管的制备方法，采用喷射共沉积和冷喷涂工艺制造内、外壁包覆有纯铝/防锈铝合金的硬质颗粒增强铝合金管，并且通过后续的热处理和旋压加工，提高铝合金复合管材层间的结合强度以及管材的致密性。本专利技术采用的技术方案是：一种硬质颗粒增强铝合金管，包括纯铝/防锈铝合金管A、硬质颗粒增强铝合金层、硬质颗粒增强铝合金沉积层和纯铝/防锈铝合金涂层，所述纯铝/防锈铝合金管A外表面由内至外依次为所述硬质颗粒增强铝合金层、所述硬质颗粒增强铝合金沉积层和所述纯铝/防锈铝合金涂层。纯铝/防锈铝合金管A与硬质颗粒增强铝合金层层间结合强度高，纯铝/防锈铝合金涂层与硬质颗粒增强铝合金沉积层层间结合强度高，旋压过程中能发生同步塑性变形，旋压的过程中不易开裂，纯铝/防锈铝合金涂层耐腐蚀好。优选的，为了实现对硬质颗粒的全包覆，该硬质颗粒增强铝合金管，还包括凸缘，所述凸缘设置于所述纯铝/防锈铝合金管A端部，且所述凸缘位于所述硬质颗粒增强铝合金层和硬质颗粒增强铝合金沉积层的端部，或者位于硬质颗粒增强铝合金层、硬质颗粒增强铝合金沉积层和纯铝/防锈铝合金涂层的端部。优选的，所述硬质颗粒增强铝合金层(2)和硬质颗粒增强铝合金沉积层(3)中硬质颗粒的体积含量范围为5～80％；所述凸缘为纯铝/防锈铝合金。本专利技术还公开了一种硬质颗粒增强铝合金管的制备方法，包括以下步骤：(1)对纯铝/防锈铝合金管A的外表面进行除污、除油和喷砂粗化；(2)采用冷喷涂工艺将铝合金和硬质粒子组成的混合粉末喷涂到经过步骤(1)处理过的管A外表面，形成硬质颗粒增强铝合金层，得到管B；(3)将铝合金和硬质粒子组成的混合粉末喷射沉积于管B上，形成硬质颗粒增强铝合金沉积层，得到管C；(4)加工管C至设定的尺寸和表面粗糙度，得到管D；(5)对管D的外表面进行除污、除油和喷砂粗化；(6)采用冷喷涂工艺将纯铝/防锈铝合金粉末喷涂到经步骤(5)处理过的管D外表面，形成纯铝/防锈铝合金涂层，得到管E；(7)加工管E至设定的尺寸和表面粗糙度，得到管F；(8)对管F进行致密化处理，获得硬质颗粒增强铝合金管G。除污、除油和喷砂粗化的前处理工艺和冷喷涂工艺共同提高硬质颗粒增强铝合金层与管A之间的结合强度，并在硬质颗粒增强铝合金沉积层表面采用冷喷涂工艺制备高结合强度和高致密度的纯铝/防锈铝合金涂层，并结合热旋压的方法来提高致密度和结合强度。优选的，步骤(8)致密化处理步骤包括以下步骤：管F进行退火处理，加热温度为200～500℃，保温时间为0.5h～5h；将经过退火处理且处于退火最高温度的管F进行旋压加工，旋压加工的道次为1道次～20道次。优选的，纯铝/防锈铝合金管A的端部带有凸缘，硬质颗粒增强铝合金层和硬质颗粒增强铝合金沉积层均位于凸缘内侧，或者硬质颗粒增强铝合金层、硬质颗粒增强铝合金沉积层和纯铝/防锈铝合金涂层均位于凸缘内侧,获得内、外及端面表面包覆有纯铝/防锈铝合金层的硬质颗粒增强铝合金管G。优选的，凸缘的宽度为2～10mm，凸缘的高度比硬质颗粒增强铝合金层、硬质颗粒增强铝合金沉积层和纯铝/防锈铝合金涂层三层的厚度和小1～2mm,以便于车削加工后能使得凸缘直径与加工后的硬质颗粒增强铝合金沉积层表面外缘直径相等。进一步的，步骤(3)喷射沉积过程中，管B在水平方向做旋转运动，石墨喷嘴垂直于管的轴线方向做水平往复运动，每沉积一层硬质颗粒增强铝合金沉积层，管B下降，下降的距离等于该单层沉积层厚度，以保持喷射嘴与管坯体上表面的距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质颗粒增强铝合金管，其特征在于：包括纯铝/防锈铝合金管A（1）、硬质颗粒增强铝合金层（2）、硬质颗粒增强铝合金沉积层（3）和纯铝/防锈铝合金涂层（4），所述纯铝/防锈铝合金管A（1）外表面由内至外依次为所述硬质颗粒增强铝合金层（2）、所述硬质颗粒增强铝合金沉积层（3）和所述纯铝/防锈铝合金涂层（4）。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬质颗粒增强铝合金管，其特征在于：包括纯铝/防锈铝合金管A（1）、硬质颗粒增强铝合金层（2）、硬质颗粒增强铝合金沉积层（3）和纯铝/防锈铝合金涂层（4），所述纯铝/防锈铝合金管A（1）外表面由内至外依次为所述硬质颗粒增强铝合金层（2）、所述硬质颗粒增强铝合金沉积层（3）和所述纯铝/防锈铝合金涂层（4）。


2.根据权利要求1所述的硬质颗粒增强铝合金管，其特征在于：还包括凸缘（5），所述凸缘（5）设置于所述纯铝/防锈铝合金管A（1）端部，且所述凸缘（5）位于所述硬质颗粒增强铝合金层（2）和硬质颗粒增强铝合金沉积层（3）的端部，或者位于硬质颗粒增强铝合金层（2）、硬质颗粒增强铝合金沉积层（3）和纯铝/防锈铝合金涂层（4）的端部。


3.根据权利要求1或2所述的硬质颗粒增强铝合金管，其特征在于：所述硬质颗粒增强铝合金层（2）和硬质颗粒增强铝合金沉积层（3）中硬质颗粒的体积含量范围为5~80%；
所述凸缘（5）为纯铝/防锈铝合金。


4.一种权利要求1至3任意一项所述的硬质颗粒增强铝合金管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）对纯铝/防锈铝合金管A的外表面进行除污、除油和喷砂粗化；
（2）采用冷喷涂工艺将铝合金和硬质粒子组成的混合粉末喷涂到经过步骤（1）处理过的管A外表面，形成硬质颗粒增强铝合金层，得到管B；
（3）将铝合金和硬质粒子组成的混合粉末喷射沉积于管B上，形成硬质颗粒增强铝合金沉积层，得到管C；
（4）加工管C至设定的尺寸和表面粗糙度，得到管D；
（5）对管D的外表面进行除污、除油和喷砂粗化；
（6）采用冷喷涂工艺将纯铝/防锈铝合金粉末喷涂到经步骤（5）处理过的管D外表面，形成纯铝/防锈铝合金涂层，得到管E；
（7）加工管E至设定的尺寸和表面粗糙度，得到管F；
（8）对管F进行致密化处理，获得硬质颗粒增强铝合金管G。


5.根据权利要求4所述的硬质颗粒增强铝合金管的制备方法，其特征在于步骤（8）致密化处理步骤包括以下步骤：
管F进行退火处理，加热温度为200~500℃，保温时间为0.5h~5h；
将经...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群，刘宸宇，饶宇琴，张应鹏，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43