本發(fā)明涉及鋁合金加工領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著能源、汽車(chē)、航空、航天和通訊信息等領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笤絹?lái)越高，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)不能再滿(mǎn)足實(shí)際要求。例如，在航空、航天領(lǐng)域中，要求材料具有剛度更高、熱膨脹系數(shù)更低；在汽車(chē)行業(yè)中，需要材料質(zhì)量更輕、強(qiáng)韌性更高和穩(wěn)定性更好及耐磨性更強(qiáng)。為了滿(mǎn)足上述對(duì)材料的獨(dú)特性能要求顆粒強(qiáng)化鋁合金材料因具有低成本、低密度、高彈性模量、高強(qiáng)韌性以及耐磨損、易制備等優(yōu)點(diǎn)逐漸進(jìn)入人們的視線(xiàn)，并且憑借其優(yōu)良的性能還引起了材料領(lǐng)域的重視。目前，顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的研究已經(jīng)很多，但是陶瓷顆粒種類(lèi)，制備方法以及復(fù)合材料基體的選擇都有可能對(duì)材料組織、物理及力學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響。因此，材料領(lǐng)域仍需要對(duì)陶瓷顆粒強(qiáng)化鋁合金材料進(jìn)一步的研究工作。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了一些關(guān)于納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的研究工作，納米級(jí)的陶瓷顆粒加入鋁基體明顯提高材料強(qiáng)度的同時(shí)也較好的保留了材料的延展性。但是，由于納米顆粒表面具有高性能、不飽和性和不穩(wěn)定性，往往會(huì)導(dǎo)致納米顆粒的團(tuán)聚，這極大限制了納米顆粒的應(yīng)用領(lǐng)域和強(qiáng)化效果。在金屬中，引入納米尺寸陶瓷顆粒，利用原位內(nèi)生技術(shù)在金屬中內(nèi)生出納米尺寸陶瓷顆粒并均勻分散，獲得低體積分?jǐn)?shù)到高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相多含量變換并均勻分散的納米顆粒強(qiáng)化的鋁合金材料，該材料具有超強(qiáng)的強(qiáng)韌性具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種具有高的室溫和高溫拉伸性能的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法，包括以下步驟：(1)制備壓坯：(1a)將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉按以下三種配比配制成100g混合粉末；①當(dāng)納米tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為10vol.％：將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(納米碳管cnt+炭黑)：3.28克，鈦粉：13.08克，鋁合金粉：83.64克，配制成100克混合粉末。其中納米碳管cnt和炭黑各占碳源的50wt.％，即：納米碳管cnt：1.64克；炭黑：1.64克。②當(dāng)納米tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為20vol.％：將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(納米碳管cnt+炭黑)：6.13克，鈦粉：24.43克，鋁合金粉：69.44g，配制成100g混合粉末。其中納米碳管cnt和炭黑各占碳源的50wt.％，即：納米碳管cnt：3.065克；炭黑：3.065克。③當(dāng)納米tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30vol.％：將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(納米碳管cnt+炭黑)：8.63克，鈦粉：34.38克，鋁合金粉：56.99g，配制成100g混合粉末。其中納米碳管cnt和炭黑各占碳源的50wt.％，即：納米碳管cnt：4.315克；炭黑：4.315克。其中納米碳管cnt占碳源的100wt.％，即：納米碳管cnt：8.63克；其中炭黑占碳源的100wt.％，即：炭黑：8.63克。(1b)用球磨混料機(jī)將配好的混合粉末以50r/min的速度均勻混合15-20h；氧化鋯磨球和混合粉末的質(zhì)量比是8:1。(1c)將球磨混好的粉料在液壓機(jī)上冷壓制成圓柱形壓坯。(2)制備內(nèi)生納tic顆粒原位反應(yīng)及納米強(qiáng)化鋁合金：(2a)用石墨紙將步驟(1)中制得的預(yù)制塊包裹好放入到石墨模具中；(2b)再將石墨模具放入到真空熱爆爐中進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱到500℃，保溫10min，使石墨模具和樣品溫度保持一致；(2c)繼續(xù)加熱至反應(yīng)溫度急劇升高的一瞬間，并在該溫度保溫7min到8min；(2d)最后停止加熱，待溫度降低到750-800℃左右，對(duì)反應(yīng)塊施壓?jiǎn)蜗蜉S向30mpa作用時(shí)間20-30s，達(dá)到充分致密。(3)熱擠壓成型：(3a)將步驟(2)中制得的內(nèi)生納米tic顆粒強(qiáng)化鋁合金用線(xiàn)切割機(jī)切成的圓柱形試樣。(3b)在200t的擠壓機(jī)上對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行擠壓處理，其中擠壓比為12:1-20:1，擠壓溫度為500-550℃，熱擠壓前圓柱形試在熱擠壓溫度下保溫2h。通過(guò)熱擠壓塑性變形后得到內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料。(4)熱處理：(4a)固溶熱處理：溫度為500℃，保溫時(shí)間1.5-2h，之后進(jìn)行冷水淬火；(4b)時(shí)效處理：將淬火后的復(fù)合材料放入時(shí)效爐中，在160℃進(jìn)行人工時(shí)效，保溫12-20h，然后隨爐冷卻至室溫。優(yōu)選的，步驟(1a)所用鋁合金粉成分為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。優(yōu)選的，步驟(1a)中，以純炭黑、50wt.％碳納米管和純碳納米管配比炭黑制備的tic體積為10vol.％、20vol.％、30vol％。優(yōu)選的，步驟(2)中，所用的石墨模具的內(nèi)腔尺寸為φ45。優(yōu)選的，步驟(3)中所用的用于熱擠壓處理的圓柱形試樣尺寸為直徑d38mm，高5-15mm。上述方法制備的原位內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料組織和力學(xué)性能均得到了優(yōu)化：a、在最佳的工藝參數(shù)下(tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30vol.％，碳源中納米碳管cnts含量為50wt.％)，所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料中納米尺寸強(qiáng)化相分布最為均勻。b、在最佳的工藝參數(shù)下(tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30vol.％，碳源中納米碳管cnts含量為50wt.％)，所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的拉伸性能最好。室溫下，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變和維氏硬度依次為466.1mpa、656.2mpa、3.0％和331.2hv，相比al基體合金(277.8mpa、489.7mpa、17.6％和135.7hv)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別增大67.8％、34.0％和144.1％。高溫下，493k和533k時(shí)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變依次為197.8mpa、318.0mpa、19.2％和185.5mpa、207.3mpa、22.0％，相比al基體合金(120.3mpa、182.0mpa和21.4％)，493k和533k下，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了64.4％、74.7％和81.3％、31.6％。c、在最佳的工藝參數(shù)下(tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30vol.％，碳源中納米碳管cnts含量為50wt.％)，所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的耐磨損性能最好。當(dāng)砂紙粒度為23μm、施加載荷為25n時(shí)，以50wt.％納米碳管cnts作碳源的al-ti-c體系制備的30vol.％tic強(qiáng)化鋁合金材料(硬度：331.2hv、體積磨損率：7.93×10-11m3/m)的硬度和體積磨損率相比基體合金(硬度：135.7hv、體積磨損率：22.27×10-11m3/m)144％和180％；當(dāng)砂紙粒度為23μm、施加載荷為25n時(shí)，以純cnts作碳源的al-ti-c體系制備的30vol.％tic強(qiáng)化鋁合金材料(硬度：285.1hv、體積磨損率：10.17×10-11m3/m)的硬度和體積磨損率相比基體合金(硬度：135.7hv、體積磨損率：22.27×10-11m3/m)110％和119％。該發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的技術(shù)方案，在金屬中引入納米尺寸陶瓷顆粒，利用原位內(nèi)生技術(shù)在金屬中內(nèi)生出納米尺寸陶瓷顆粒并均勻分散，獲得低體積分?jǐn)?shù)到高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相多含量變換并均勻分散的納米顆粒強(qiáng)化的鋁合金材料，該材料具有超強(qiáng)的強(qiáng)韌性具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。附圖說(shuō)明圖1是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料常溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。圖2是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的493k溫度下拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。圖3是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的533k溫度下拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實(shí)施例1：本實(shí)施例中的一種內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法，包括以下步驟：步驟一、壓坯的制備:a、將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(納米碳管cnt+炭黑)：3.28克，鈦粉：13.08克，鋁合金粉：83.64克，配制成100克混合粉末。其中納米碳管cnt和炭黑各占碳源的50wt.％，即：納米碳管cnt：1.64克；炭黑：1.64克。鋁合金粉成分為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。b、用球磨混料機(jī)將配好的混合粉末以50r/min的速度均勻混合15h；氧化鋯磨球和混合粉末的質(zhì)量比是8:1。c、將球磨混好的粉料在液壓機(jī)上冷壓制成圓柱形壓坯。步驟二、內(nèi)生納tic顆粒原位反應(yīng)及納米強(qiáng)化鋁合金的制備：a、用石墨紙將步驟一中制得的預(yù)制塊包裹好放入到石墨模具中；b、再將石墨模具放入到真空熱爆爐中進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱到500℃，保溫10min，使石墨模具和樣品溫度保持一致；c、繼續(xù)加熱至反應(yīng)溫度急劇升高的一瞬間，并在該溫度保溫7min到8min；d、最后停止加熱，待溫度降低到750℃左右，對(duì)反應(yīng)塊施壓?jiǎn)蜗蜉S向30mpa作用時(shí)間20s，達(dá)到充分致密。步驟三、熱擠壓成型:a、將步驟二中制得的內(nèi)生納米tic顆粒強(qiáng)化鋁合金用線(xiàn)切割機(jī)切成的圓柱形試樣。b、在200t的擠壓機(jī)上對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行擠壓處理，其中擠壓比為15:1，擠壓溫度為550℃，熱擠壓前圓柱形試在熱擠壓并在此溫度下保溫2h，通過(guò)熱擠壓得到塑性變形后得到內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料。步驟四、t6熱處理：a、固溶熱處理：溫度為500℃，保溫時(shí)間2h，之后進(jìn)行冷水淬火；b、時(shí)效處理：將淬火后的復(fù)合材料放入時(shí)效爐中，在160℃進(jìn)行人工時(shí)效，保溫15h，然后隨爐冷卻至室溫。其中，所用鋁合金粉為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。其中，以50wt.％碳納米管為碳源制備的tic體積為10vol.％。其中，所用的石墨模具的內(nèi)腔尺寸為φ45。其中，步驟三中所用的用于熱擠壓處理的圓柱形試樣尺寸為直徑d38mm，高5mm。當(dāng)tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為10vol.％，碳源中碳納米管cnts含量為50wt.％時(shí),所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料顆粒分布較為均勻，室溫及高溫拉伸性能較好，耐磨性也較好。室溫下，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變和維氏硬度依次為362.3mpa、570.1mpa、2.4％和228.5hv，與al基體合金(277.8mpa、489.7mpa、17.6％和135.7hv)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別增大30.4％、16.4％和68.4％。高溫下，493k和533k時(shí)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變依次為221.2mpa、277.8mpa、7.5％和153.2mpa、166.2mpa、9.0％，相比al基體合金(120.3mpa、182.0mpa、21.4％和102.3mpa、157.5mpa、26.8％)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了83.9％、52.6％和49.8％、5.5％。當(dāng)砂紙粒度為23μm、施加載荷為25n時(shí)，以50wt.％cnts為碳源的10vol.％內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的體積磨損率(15.57×10-11m3/m)相比鋁基體合金(22.27×10-11m3/m)提高了43％。實(shí)施例2：本實(shí)施例中的一種內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法，包括以下步驟：步驟一、壓坯的制備:a、將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(納米碳管cnt+炭黑)：6.13克，鈦粉：24.43克，鋁合金粉：69.44g，配制成100g混合粉末。其中納米碳管cnt和炭黑各占碳源的50wt.％，即：納米碳管cnt：3.065克；炭黑：3.065克。鋁合金粉成分為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。b、用球磨混料機(jī)將配好的混合粉末以50r/min的速度均勻混合17h；氧化鋯磨球和混合粉末的質(zhì)量比是8:1。c、將球磨混好的粉料在液壓機(jī)上冷壓制成圓柱形壓坯。步驟二、內(nèi)生納tic顆粒原位反應(yīng)及納米強(qiáng)化鋁合金的制備：c、用石墨紙將步驟一中制得的預(yù)制塊包裹好放入到石墨模具中；d、再將石墨模具放入到真空熱爆爐中進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱到500℃，保溫10min，使石墨模具和樣品溫度保持一致；c、繼續(xù)加熱至反應(yīng)溫度急劇升高的一瞬間，并在該溫度保溫7min到8min；d、最后停止加熱，待溫度降低到770℃左右，對(duì)反應(yīng)塊施壓?jiǎn)蜗蜉S向30mpa作用時(shí)間23s，達(dá)到充分致密。步驟三、熱擠壓成型:a、將步驟二中制得的內(nèi)生納米tic顆粒強(qiáng)化鋁合金用線(xiàn)切割機(jī)切成的圓柱形試樣。b、在200t的擠壓機(jī)上對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行擠壓處理，其中擠壓比為18:1，擠壓溫度為550℃，熱擠壓前圓柱形試在熱擠壓并在此溫度下保溫2h，通過(guò)熱擠壓得到塑性變形后得到內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料。步驟四、t6熱處理：a、固溶熱處理：溫度為500℃，保溫時(shí)間2h，之后進(jìn)行冷水淬火；b、時(shí)效處理：將淬火后的復(fù)合材料放入時(shí)效爐中，在160℃進(jìn)行人工時(shí)效，保溫17h，然后隨爐冷卻至室溫。其中，所用鋁合金粉為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。其中，以50wt.％碳納米管為碳源制備的tic體積為20vol.％其中，所用的石墨模具的內(nèi)腔尺寸為φ45。其中，步驟三中所用的用于熱擠壓處理的圓柱形試樣尺寸為直徑d38mm，高15mm。當(dāng)tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為20vol.％，碳源中cnts含量為50wt.％時(shí),所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料顆粒分布較為均勻，室溫及高溫拉伸性能較好，耐磨性也較好。室溫下，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變和維氏硬度依次為450.4mpa、635.9mpa、3.2％和295.6hv，與al基體合金(277.8mpa、489.7mpa、17.6％和135.7hv)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別增大62.1％、29.9％和117.8％。高溫下，493k和533k時(shí)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變依次為，相比al基體合金(120.3mpa、182.0mpa、21.4％和102.3mpa、157.5mpa、26.8％)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了。當(dāng)砂紙粒度為23μm、施加載荷為25n時(shí)，以50wt.％cnts為碳源的20vol.％內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的體積磨損率(9.19×10-11m3/m)相比al基體合金(22.27×10-11m3/m)提高了142％。實(shí)施例3：本實(shí)施例中的一種內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法，包括以下步驟：步驟一、壓坯的制備:a、將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(炭黑)：8.63克，鈦粉：34.38克，鋁合金粉：56.99g，配制成100g混合粉末。其中炭黑占碳源的100wt.％，即：炭黑：8.63克。鋁合金粉成分為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。b、用球磨混料機(jī)將配好的混合粉末以50r/min的速度均勻混合16h；氧化鋯磨球和混合粉末的質(zhì)量比是8:1。c、將球磨混好的粉料在液壓機(jī)上冷壓制成圓柱形壓坯。步驟二、內(nèi)生納tic顆粒原位反應(yīng)及納米強(qiáng)化鋁合金的制備：e、用石墨紙將步驟一中制得的預(yù)制塊包裹好放入到石墨模具中；f、再將石墨模具放入到真空熱爆爐中進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱到500℃，保溫10min，使石墨模具和樣品溫度保持一致；c、繼續(xù)加熱至反應(yīng)溫度急劇升高的一瞬間，并在該溫度保溫7min到8min；d、最后停止加熱，待溫度降低到760℃左右，對(duì)反應(yīng)塊施壓?jiǎn)蜗蜉S向30mpa作用時(shí)間25s，達(dá)到充分致密。步驟三、熱擠壓成型:a、將步驟二中制得的內(nèi)生納米tic顆粒強(qiáng)化鋁合金用線(xiàn)切割機(jī)切成的圓柱形試樣。b、在200t的擠壓機(jī)上對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行擠壓處理，其中擠壓比為17:1，擠壓溫度為550℃，熱擠壓前圓柱形試在熱擠壓并在此溫度下保溫2h，通過(guò)熱擠壓得到塑性變形后得到內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料。步驟四、t6熱處理：a、固溶熱處理：溫度為500℃，保溫時(shí)間2h，之后進(jìn)行冷水淬火；b、時(shí)效處理：將淬火后的復(fù)合材料放入時(shí)效爐中，在160℃進(jìn)行人工時(shí)效，保溫18h，然后隨爐冷卻至室溫。其中，所用鋁合金粉為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。其中，以純炭黑為碳源制備的tic體積為30vol.％其中，所用的石墨模具的內(nèi)腔尺寸為φ45。其中，步驟三中所用的用于熱擠壓處理的圓柱形試樣尺寸為直徑d38mm，高10mm。當(dāng)tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30vol.％，碳源為純炭黑時(shí)，所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料顆粒分布較為均勻，室溫及高溫拉伸性能較好，耐磨性也較好。室溫下，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變和維氏硬度依次為451.6mpa、550.6mpa、2.3％和303.3hv，與al基體合金(277.8mpa、489.7mpa、17.6％和135.7hv)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別提高62.6％、12.4％和123.5％。高溫下，493k和533k時(shí)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變依次為262.9mpa、317.2mpa、7.8％和168.0mpa、206.0mpa、16.6％，相比al基體合金(120.3mpa、182.0mpa、21.4％和102.3mpa、157.5mpa、26.8％)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了118.5％、74.3％和64.2％、30.8％。當(dāng)砂紙粒度為23μm、施加載荷為25n時(shí)，以純炭黑為碳源的30vol.％內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的體積磨損率(8.22×10-11m3/m)相比al基體合金(22.27×10-11m3/m)提高了171％。實(shí)施例4：本實(shí)施例中的一種內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法，包括以下步驟：步驟一、壓坯的制備:a、將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(納米碳管cnt+炭黑)：8.63克，鈦粉：34.38克，鋁合金粉：56.99g，配制成100g混合粉末。其中納米碳管cnt和炭黑各占碳源的50wt.％，即：納米碳管cnt：4.315克；炭黑：4.315克。鋁合金粉成分為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。b、用球磨混料機(jī)將配好的混合粉末以50r/min的速度均勻混合18h；氧化鋯磨球和混合粉末的質(zhì)量比是8:1。c、將球磨混好的粉料在液壓機(jī)上冷壓制成圓柱形壓坯。步驟二、內(nèi)生納米tic顆粒原位反應(yīng)及納米強(qiáng)化鋁合金的制備：a、用石墨紙將步驟一中制得的預(yù)制塊包裹好放入到石墨模具中；b、再將石墨模具放入到真空熱爆爐中進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱到500℃，保溫10min，使石墨模具和樣品溫度保持一致；c、繼續(xù)加熱至反應(yīng)溫度急劇升高的一瞬間，并在該溫度保溫7min到8min；d、最后停止加熱，待溫度降低到780℃左右，對(duì)反應(yīng)塊施壓?jiǎn)蜗蜉S向30mpa作用時(shí)間30s，達(dá)到充分致密。步驟三、熱擠壓成型:a、將步驟二中制得的內(nèi)生納米tic顆粒強(qiáng)化鋁合金用線(xiàn)切割機(jī)切成的圓柱形試樣。b、在200t的擠壓機(jī)上對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行擠壓處理，其中擠壓比為18:1，擠壓溫度為550℃，熱擠壓前圓柱形試在熱擠壓并在此溫度下保溫2h，通過(guò)熱擠壓得到塑性變形后得到內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料。步驟四、t6熱處理：a、固溶熱處理：溫度為500℃，保溫時(shí)間2h，之后進(jìn)行冷水淬火；b、時(shí)效處理：將淬火后的復(fù)合材料放入時(shí)效爐中，在160℃進(jìn)行人工時(shí)效，保溫18h，然后隨爐冷卻至室溫。其中，所用鋁合金粉為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。其中，以50wt.％碳納米管為碳源制備的tic體積為30vol.％。其中，所用的石墨模具的內(nèi)腔尺寸為φ45。其中，步驟三中所用的用于熱擠壓處理的圓柱形試樣尺寸為直徑d38mm，高5mm。當(dāng)tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30vol.％，碳源為50wt.％cnts時(shí),所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料顆粒分布最均勻，室溫及高溫拉伸性能最好，耐磨性也最好。室溫下，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別為466.1mpa、656.2mpa、3.0％和331.2hv，相比al基體合金(277.8mpa、489.7mpa、17.6％和135.7hv)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別增大67.8％、34.0％和144.1％。高溫下，493k和533k時(shí)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變依次為197.8mpa、318.0mpa、19.2％和185.5mpa、207.3mpa、22.0％，相比al基體合金(120.3mpa、182.0mpa、21.4％和102.3mpa、157.5mpa、26.8％)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了64.4％、74.7％和81.3％、31.6％。當(dāng)砂紙粒度為23μm、施加載荷為25n時(shí)，以50wt.％cnts作碳源的al-ti-c體系制備的20wt.％內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的體積磨損率(7.93×10-11m3/m)相比al基體合金(22.27×10-11m3/m)提高了181％。實(shí)施例5：本實(shí)施例中的一種內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料制備方法，包括以下步驟：步驟一、壓坯的制備:a、將碳納米管cnts/炭黑，鈦粉，鋁合金粉分別按照各自重量分別為：碳源(碳納米管cnts)：8.63克，鈦粉：34.38克，鋁合金粉：56.99g，配制成100g混合粉末。其中碳納米管cnts占碳源的100wt.％，即：碳納米管cnts：8.63克。鋁合金粉成分為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。b、用球磨混料機(jī)將配好的混合粉末以50r/min的速度均勻混合19h；氧化鋯磨球和混合粉末的質(zhì)量比是8:1。c、將球磨混好的粉料在液壓機(jī)上冷壓制成圓柱形壓坯。步驟二、內(nèi)生納tic顆粒原位反應(yīng)及納米強(qiáng)化鋁合金的制備：c、用石墨紙將步驟一中制得的預(yù)制塊包裹好放入到石墨模具中；d、再將石墨模具放入到真空熱爆爐中進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱到500℃，保溫10min，使石墨模具和樣品溫度保持一致；c、繼續(xù)加熱至反應(yīng)溫度急劇升高的一瞬間，并在該溫度保溫7min到8min；d、最后停止加熱，待溫度降低到800℃左右，對(duì)反應(yīng)塊施壓?jiǎn)蜗蜉S向30mpa作用時(shí)間28s，達(dá)到充分致密。步驟三、熱擠壓成型:a、將步驟二中制得的內(nèi)生納米tic顆粒強(qiáng)化鋁合金用線(xiàn)切割機(jī)切成的圓柱形試樣。b、在200t的擠壓機(jī)上對(duì)圓柱形試樣進(jìn)行擠壓處理，其中擠壓比為18:1，擠壓溫度為550℃，熱擠壓前圓柱形試在熱擠壓并在此溫度下保溫2h，通過(guò)熱擠壓得到塑性變形后得到內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料。步驟四、t6熱處理：a、固溶熱處理：溫度為500℃，保溫時(shí)間2h，之后進(jìn)行冷水淬火；b、時(shí)效處理：將淬火后的復(fù)合材料放入時(shí)效爐中，在160℃進(jìn)行人工時(shí)效，保溫16h，然后隨爐冷卻至室溫。其中，所用鋁合金粉為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。其中，以100wt.％碳納米管制備的tic體積為30vol.％。其中，所用的石墨模具的內(nèi)腔尺寸為φ45。其中，步驟三中所用的用于熱擠壓處理的圓柱形試樣尺寸為直徑d38mm，高5mm。當(dāng)tic陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30vol.％，碳源為cnts時(shí)，所制得的內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料顆粒分布較均勻，室溫及高溫拉伸性能較好，耐磨性也較好。室溫下，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別為406.9mpa、615.7mpa、2.5％和285.1hv，相比al基體合金(277.8mpa、489.7mpa、17.6％和135.7hv)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和維氏硬度分別增大46.5％、25.7％和110.1％。高溫下，493k和533k時(shí)，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變依次為237.1mpa、295.7mpa、12.7％和149.8mpa、183.1mpa、18.5％，相比al基體合金(120.3mpa、182.0mpa、21.4％和102.3mpa、157.5mpa、26.8％)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高了97.1％、62.5％和46.4％、16.3％。當(dāng)砂紙粒度為23μm、施加載荷為25n時(shí)，以cnts作碳源的al-ti-c體系制備的30vol.％內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的體積磨損率(10.17×10-11m3/m)相比al基體合金(22.27×10-11m3/m)提高了119％。針對(duì)上述實(shí)施例材料進(jìn)行性能測(cè)量，獲得以下數(shù)據(jù)：圖1是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料常溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。圖2是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的493k溫度下拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。圖3是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料的533k溫度下拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。表1是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料常溫拉伸性能數(shù)值；表2是是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料常溫拉伸的高溫拉伸性能數(shù)值(493k和533k)；表3是是不同碳源(炭黑和cnts)內(nèi)生納米尺寸顆粒強(qiáng)化鋁合金材料常溫拉伸在不同砂紙粒度下的體積磨損率及相對(duì)耐磨性；圖1-3和表1-3中所述實(shí)驗(yàn)用鋁合金成分為al-5cu-0.5mg-0.5si-0.7fe-0.15ti-0.8mn-0.1cr-0.25zn。鋁合金狀態(tài)為經(jīng)熱擠壓后的t6熱處理態(tài)。表1樣品σ0.2(mpa)σucs(mpa)εf(％)hardness(hv)實(shí)驗(yàn)用鋁合金277.8±6489.7±1317.6±2.8135.7±3實(shí)施例1362.3±6570.1±162.4±0.8228.5±8實(shí)施例2450.4±8635.9±133.2±0.6295.6±9實(shí)施例3451.6±10550.6±92.3±0.2303.3±5實(shí)施例4466.1±9656.2±123.0±0.8331.2±5實(shí)施例5406.9±7615.7±142.5±0.8285.1±6表2表3以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12