金属纤维强化铝合金的制备方法技术

本发明专利技术公开一种金属纤维强化铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将第一固态块状铝合金层、块状金属纤维层和第二固态块状铝合金层在固态条件下依次叠置；块状金属纤维层和第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金层在固态条件下通过加温、加压的条件形成冶金结合；块状金属纤维层和第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金层发生动态回复再结晶，晶粒被拉长、细化，铝合金复合体整体结构发生加工硬化；块状金属纤维层中的金属纤维通过编织或者缠绕的工艺成型为多孔纤维层。本发明专利技术纤维与铝合金在塑性状态下发生冶金结合，其弥散强化、细晶强化、加工硬化，相对粉末冶金，力学强度提高50%-200%，延伸率提高5%-10%。10%。10%。

【技术实现步骤摘要】
金属纤维强化铝合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，尤其涉及一种金属纤维强化铝合金的制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金由于其高的比强度、耐蚀性等优点，广泛应用在汽车、能源、航空航天等行业，具有重要的社会和经济价值。制备高强度低密度的铝合金受到材料领域研究者和社会的广泛关注，其中金属纤维强化铝合金由于其好的效果受到越来越多的研究，传统制备金属纤维强化的铝合金的方法有粉末冶金、铸造等工艺。
[0003]粉末冶金是将金属纤维和铝合金粉末通过混粉、烧结工艺制备，是一种固态制备技术，为了进一步提高复合材料的性能，需要增加后续轧制，退火等工艺。铸造工艺是将铝合金在熔融状态下通过渗透、压力、浸渗等工艺将铝合金注入三维金属纤维结构中，是一种液态成型技术，该方法是在高温条件下进行，对设备要求比较高，不可避免存在气孔、孔洞等缺陷，并且为了进一步提高性能，需要后续的轧制、退火等工艺；另外一种铸造工艺是将短、断纤维加入到铝合金液体中，在高温条件下充分搅拌均匀后，浇注成型，也属于液态成型技术，该技术对设备要求高，成本较高，但是不可避免存在纤维与铝金属混合不均匀，气孔、孔洞等缺陷。以上三种常见的制备方法强化基体铝合金的原理仅仅依靠金属纤维的弥散强化方式。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种金属纤维强化铝合金的制备方法，该制备方法获得的金属纤维强化铝合金纤维与铝合金在塑性状态下发生冶金结合，其弥散强化、细晶强化、加工硬化，相对粉末冶金，力学强度提高50%-200%，延伸率提高5%-10%，没有气孔、孔洞等缺陷，其强化方式为弥散强化、细晶强化、加工硬化，相对铸造工艺，力学强度提高80%-300%，延伸率提高5%-30%，致密度提高5%-35%；且工艺简单、成本低廉、易于连续化生产作业。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种金属纤维强化铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将第一固态块状铝合金层、块状金属纤维层和第二固态块状铝合金层在固态条件下依次叠置；步骤二、块状金属纤维层和第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金层在固态条件下通过加温、加压的条件形成冶金结合；步骤三、块状金属纤维层和第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金层发生动态回复再结晶，晶粒被拉长、细化，铝合金复合体整体结构发生加工硬化；所述块状金属纤维层中的金属纤维通过编织或者缠绕的工艺成型为多孔纤维层，此块状金属纤维层的孔隙率范围为10%~90%。
[0006]上述技术方案中进一步改进的方案如下：1. 上述方案中，所述块状金属纤维层为不锈钢金属纤维层、钛或者钛合金金属纤维
层、或者，钼或者钼合金纤维层，所述块状金属纤维层中纤维直径为0.03mm~5mm。
[0007]2. 上述方案中，所述步骤二和步骤三通过拌摩擦焊设备实现，搅拌头与铝合金发生旋转摩擦生热，使得铝合金和金属纤维在塑性条件下充分混合，形成牢固的冶金复合，同时整体的复合结构发生了轧制，形成动态回复再结晶，轧制率为2%~98%。
[0008]3. 上述方案中，所述搅拌头的搅拌针直径范围为1mm~16mm，长度范围为4~16mm，搅拌头的轴肩直径为2mm~40mm；通过搅拌摩擦焊头施加压力，搅拌头转速为200r/min~5000r/min，进给为10mm/min~5m/min，搅拌次数范围为10~40次。
[0009]4. 上述方案中，所述步骤二和步骤三通过热轧设备实现，轧机施加的压力为3000N~10000N，轧制温度为300℃~650℃，轧制次数为5~40次，轧制率为2%~98%。
[0010]5. 上述方案中，所述块状金属纤维层的厚度范围为0.04mm~16mm，所述第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金层的厚度范围为0.1~16mm。
[0011]由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术金属纤维强化铝合金的制备方法，其纤维与铝合金在塑性状态下发生冶金结合，其弥散强化、细晶强化、加工硬化，相对粉末冶金，力学强度提高50%-200%，延伸率提高5%-10%，没有气孔、孔洞等缺陷，其强化方式为弥散强化、细晶强化、加工硬化，相对铸造工艺，力学强度提高80%~300%，延伸率提高5%-30%，致密度提高5%-35%；且工艺简单、成本低廉、易于连续化生产作业。
附图说明
[0012]附图1为本专利技术属纤维强化铝合金的剖面结构示意图；附图2为本专利技术钛纤维强化铝合金复合材料结构微观图；附图3为本专利技术钛纤维与铝合金微观结合界面微观图；附图4为本专利技术铝轧制纤维和细化晶粒组织微观图。
[0013]以上附图中：1、第一固态块状铝合金层；2、块状金属纤维层；3、第二固态块状铝合金层。
具体实施方式
[0014]在本专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利的具体含义。
[0015]实施例1：一种金属纤维强化铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将第一固态块状铝合金层1、块状金属纤维层2和第二固态块状铝合金层3在固态条件下依次叠置；
步骤二、块状金属纤维层2和第一固态块状铝合金层1、第二固态块状铝合金层3在固态条件下通过加温、加压的条件形成冶金结合；步骤三、块状金属纤维层2和第一固态块状铝合金层1、第二固态块状铝合金层3发生动态回复再结晶，晶粒被拉长、细化，铝合金复合体整体结构发生加工硬化；所述块状金属纤维层2中的金属纤维通过编织的工艺成型为多孔纤维层，此块状金属纤维层2的孔隙率范围为20~30%。
[0016]所述块状金属纤维层为钛金属纤维层，所述块状金属纤维层中纤维直径为1mm~1.2mm。
[0017]上述步骤二和步骤三通过拌摩擦焊设备实现，搅拌头与铝合金发生旋转摩擦生热，使得铝合金和金属纤维在塑性条件下充分混合，形成牢固的冶金复合，同时整体的复合结构发生了轧制，形成动态回复再结晶，轧制率为60%。
[0018]上述搅拌头的搅拌针直径范围为4mm，长度范围为10mm，搅拌头的轴肩直径为20mm；通过搅拌摩擦焊头施加压力，搅拌头转速为1000r/min，进给为100m/min，搅拌次数范围为10次。
[0019]上述块状金属纤维层的厚度范围为2mm，所述第一固态块状铝合金层、第二固态块状铝合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属纤维强化铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、将第一固态块状铝合金层（1）、块状金属纤维层（2）和第二固态块状铝合金层（3）在固态条件下依次叠置；步骤二、块状金属纤维层（2）和第一固态块状铝合金层（1）、第二固态块状铝合金层（3）在固态条件下通过加温、加压的条件形成冶金结合；步骤三、块状金属纤维层（2）和第一固态块状铝合金层（1）、第二固态块状铝合金层（3）发生动态回复再结晶，晶粒被拉长、细化，铝合金复合体整体结构发生加工硬化；所述块状金属纤维层（2）中的金属纤维通过编织或者缠绕的工艺成型为多孔纤维层，此块状金属纤维层（2）的孔隙率范围为10%~90%。2.根据权利要求1所述的金属纤维强化铝合金的制备方法，其特征在于：所述块状金属纤维层（2）为不锈钢金属纤维层、钛或者钛合金金属纤维层、或者，钼或者钼合金纤维层，所述块状金属纤维层（2）中纤维直径为0.03mm~5mm。3.根据权利要求1所述的金属纤维强化铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三通过拌摩擦焊设备实现，搅拌头与...

【专利技术属性】
技术研发人员：江国锋，李进，曹纯，房哲，曹辉，
申请(专利权)人：昆山科森科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：