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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝基复合材料制备,特别是涉及一种自氧化累积叠轧制备氧化铝增强铝基复合材料的方法。
技术介绍
1、铝基复合材料是随着现代科学发展的需求而诞生的一种具有强大生命力的新型材料。它具有质量轻、韧性好、热膨胀系数小、强度高、耐磨性强等优点,是一种综合性能优异的结构材料,被广泛应用于航空航天、交通运输、电气电子等领域。
2、铝基复合材料主要是以铝或铝合金作为基体,以sic、al2o3、石墨等颗粒作为增强体,经过复合工艺制备而成。其中,与其余增强体相比,氧化铝颗粒与铝基体具有更好的界面结合性能,氧化铝增强铝基复合材料不仅具有耐高温、耐磨等性能,还具有较高的比刚度和比强度,有很高的研究价值。
3、目前,氧化铝增强铝基复合材料的制备方法有很多。根据基体材料与增强相复合时的状态,可以将氧化铝增强铝基复合材料制备方法分为液态铸造法、喷射沉积法、粉末冶金法等。其中,液态铸造法是将纳米氧化铝颗粒与铝金属熔液通过搅拌或其他方式混合均匀后进行浇铸与凝固成型的方法;该方法制备过程灵活、生产效率高、成本低,然而,其工艺控制难度大,在添加增强体的过程中极易发生团聚,产生增强体偏析、混合不均、组织粗大等问题;同时,液态铸造法制备铝基复合材料过程中还易出现气孔、裂纹等缺陷,影响复合材料的性能。喷射沉积法是通过高速喷射将铝金属熔液雾化,并与纳米氧化铝颗粒混合,随后喷射至预热基板上快速凝固成型的方法;但由于材料致密度与生产成本的限制,该方法大多被用来制备厚度在毫米量级以下的薄膜材料。粉末冶金法则是将铝粉和氧化铝混合预压后,经烧结、轧制
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于,提供一种自氧化累积叠轧制备氧化铝增强铝基复合材料的方法,以解决
技术介绍
中的上述问题。本专利技术采用铝板自氧化技术,以铝板为原材料,通过控制加热温度、加热时间以及轧制工艺来实现氧化铝增强相的制备,不需要氧化铝作为初始材料,降低了生产成本,提升了产物性能。本专利技术的制备工艺简单,所需设备要求低,可以实现大规模、连续化生产。经多道次轧制后,氧化铝强化相均匀分布于铝基复合材料中,保证了铝基复合材料的综合性能。
2、为实现上述目的,本专利技术提供了如下技术方案:
3、本专利技术技术方案之一:提供一种自氧化叠轧制备氧化铝增强铝基复合材料的方法,包括以下步骤:
4、(1)取铝板,去除表面的油污和氧化膜并打磨粗糙,在含氧气氛中加热,使铝板表面形成0.1~1μm厚的氧化铝层,得到氧化层铝板1;
5、取两块所述氧化层铝板1,叠放在一起形成组胚,利用上、下辊均为交叉波纹辊的二辊轧机轧制,经过矫直、切边,制备得到复合板1;
6、(2)将所述复合板1沿横向对中切断,得到两块尺寸相同的复合板1副板;去除所述复合板1副板表面的油污和氧化膜并打磨粗糙,随后在含氧气氛中加热,使铝板表面形成0.1~1μm厚的氧化铝层,得到氧化层铝板2;
7、将这两块所述氧化层铝板2叠放在一起形成组胚,利用上、下辊均为交叉波纹辊的二辊轧机轧制,经过矫直、切边、切头去尾,制备得到复合板2;
8、(3)重复步骤(2)n次,得到复合板n+2;
9、(4)将所述复合板n+2沿横向对中切断,得到两块尺寸相同的复合板n+2副板;去除所述复合板n+2副板表面的油污和氧化膜并打磨粗糙,随后在含氧气氛中加热,使铝板表面形成0.1~1μm厚的氧化铝层,得到氧化层铝板n+3;
10、将这两块所述氧化层铝板n+3叠放在一起形成组胚,利用上、下辊均为平辊的二辊轧机轧制,经过矫直、切边、切头去尾,制备得到金属复合板;
11、(5)对所述金属复合板进行退火、矫直和切边处理,得到所述氧化铝增强铝基复合板。
12、优选地,所述n取≥1的整数。
13、优选地,所述铝板的材质为工业纯铝、3系铝合金、4系铝合金、6系铝合金或7系铝合金;所述铝板的厚度为2~10mm。
14、优选地,步骤(1)、(2)、(3)中,所述加热的温度为所述铝板熔点的70%~90%。
15、优选地,步骤(1)、(2)中,所述交叉波纹辊的表面为由横向波纹和纵向波纹交叉形成的曲面,波纹曲线为正弦曲线、余弦曲线或抛物线;所述波纹曲线的波长≤8mm,波幅≤1mm。
16、优选地,步骤(1)、(2)、(3)中,所述轧制的轧制压下率为50%~70%。
17、本专利技术技术方案之二:提供一种上述方法制备得到的氧化铝增强铝基复合材料。
18、本专利技术的有益技术效果如下:
19、本专利技术采用累积叠轧技术,利用上下交叉波纹辊使板坯在厚度方向上产生不均匀变形,使待复合界面处受到不均匀的力,促进待复合界面撕裂及氧化层破碎,进而促使破碎的氧化铝颗粒在界面周围实现弥散性再分布,形成界面周围区域氧化铝颗粒增强;同时,界面新鲜金属裸露更有利于界面有效结合的实现。进一步地,多道次的交叉波纹辊轧制可以促使氧化铝颗粒在铝板厚度方向上分布的更为均匀。
20、本专利技术利用轧辊交叉波纹纹理实现对氧化铝生成分布的控制。在高温加热形成氧化铝层的过程中,复合板表面交叉波纹的凹凸纹理不仅增大了氧化反应的表面积,还通过引导氧化铝晶体的生长方向有效地促进了氧化铝的均匀分布和生长。除此之外,通过调控各道次轧制压下率及轧制次数可以实现氧化铝增强铝基复合材料中氧化铝含量地预估与控制。
21、本专利技术采用铝板自氧化技术,以铝板为原材料,通过控制加热温度、加热时间以及轧制工艺来实现氧化铝增强相的制备,不需要氧化铝作为初始材料,且整个工艺过程中没有过多的材料损失,原材料的利用率相对较高,降低了生产成本,提升了产物性能。与此同时,相较于传统的粉末冶金法、液态铸造法等其它铝基复合材料制备技术,本专利技术避免了复杂的混粉、成型、烧结等一系列步骤,使得整体制备工艺更为简单,此外,累积叠轧工艺可以依托较为简单的传统轧制设备实现,这些设备在成本和维护上更为经济,可以实现大规模、连续化生产。经多道次轧制后,氧化铝强化相均匀分布于铝基复合材料中,保证了铝基复合材料的韧性、强度、耐腐蚀性及耐磨性等综合性能。
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1.一种自氧化叠轧制备氧化铝增强铝基复合材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述n取≥1的整数。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铝板的材质为工业纯铝、3系铝合金、6系铝合金或7系铝合金;所述铝板的厚度为2~10mm。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)、(2)、(3)中,所述加热的温度为所述铝板熔点的70%~90%。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)、(2)中,所述交叉波纹辊的表面为由横向波纹和纵向波纹交叉形成的曲面,波纹曲线为正弦曲线、余弦曲线或抛物线;所述波纹曲线的波长≤8mm,波幅≤1mm。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)、(2)、(3)中,所述轧制的轧制压下率为50%~70%。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述方法制备得到的氧化铝增强铝基复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种自氧化叠轧制备氧化铝增强铝基复合材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述n取≥1的整数。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铝板的材质为工业纯铝、3系铝合金、6系铝合金或7系铝合金;所述铝板的厚度为2~10mm。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)、(2)、(3)中,所述加热的温度为所述铝板熔点的70%~90%...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘文文,张佳楠,程少坤,韩建超,王涛,
申请(专利权)人:海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院,
类型:发明
国别省市:
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