專利名稱：耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬基復(fù)合材料的熱處理方法，尤其涉及一種耐腐蝕高強(qiáng)度高模
量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料具有重量輕，比強(qiáng)度、比剛度和剪切強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定 性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐腐蝕性能良好等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為航空、航天、汽車、電子工業(yè)等領(lǐng)域的理想 材料。 中國(guó)專利200410023090. 2公開了一種改善超高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)韌性的熱處理工藝， 從控制時(shí)效處理工藝出發(fā)，通過(guò)先進(jìn)行高溫短時(shí)時(shí)效，促進(jìn)晶內(nèi)富溶質(zhì)原子團(tuán)簇和GP區(qū)形 核，固溶處理工藝為450。C 48(TC /30分鐘 120分鐘，高溫時(shí)效工藝為100°C 140°C /30 分鐘 180分鐘，低溫時(shí)效溫度為40°C 8(TC，雖能提高合金韌性水平，但難以滿足航空、 航天、高新技術(shù)等行業(yè)對(duì)高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕的要求。 中國(guó)專利95195922. 0公開了鋁合金板材的熱處理方法，該方法包括使熱軋或冷 軋鋁合金板材經(jīng)受固溶熱處理，隨后淬火，并在基本時(shí)效硬化發(fā)生之前，使該合金板材再經(jīng) 受一次或多次后繼熱處理，這后繼熱處理包括將該板材加熱到100 30(TC范圍內(nèi)的某一 峰值溫度然后使該板材在峰值溫度下保持一段時(shí)期，時(shí)間小于約1分鐘，再使該合金板材 從峰值溫度冷卻到溫度85t:或更低。經(jīng)這樣處理過(guò)的板材能用作汽車用板材，但此方法工 藝復(fù)雜，成本高，也無(wú)法滿足鋁基復(fù)合材料耐腐蝕高強(qiáng)度高模量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù) 合材料的熱處理方法。 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) 耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，材料成分質(zhì)量百分比為Zn 1. 0 10. Owt%，Mg 0. 5 4. Owt%，Cu 0. 1 3. Owt%，Zr 0 0. 15wt%，Mn《0. lwt%， Cr《0. lwt%， TiB2 1 15wt^，余量為Al，特點(diǎn)是具體包括以下工藝步驟——
①固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處理爐進(jìn)行固溶處理，固溶溫度在440 480°C，固溶時(shí)間20 180min，使合金元素以溶質(zhì)原子的形式溶入鋁合金基體，提高鋁基復(fù) 合材料的固溶度，提高時(shí)效強(qiáng)化效果； ②淬火處理將固溶處理獲得的過(guò)飽和固溶體保留在室溫下，采用水為淬火介質(zhì)， 水溫15 5(TC，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間控制在ls 30s ;
③時(shí)效處理采用循環(huán)攪拌油浴爐進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度90 150°C ，時(shí)效時(shí)間 17 29h，使過(guò)飽和溶質(zhì)原子以溶質(zhì)原子團(tuán)簇和GP區(qū)的形式析出。 進(jìn)一步地，上述的耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，先固溶處理， 固溶溫度為460°C，固溶時(shí)間120min ;再淬火處理，水溫20°C ，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移
3過(guò)程時(shí)間為5s ;最后時(shí)效處理，時(shí)效溫度120 130°C，時(shí)效時(shí)間27 29h ;使鋁基復(fù)合材 料抗拉強(qiáng)度達(dá)到峰值。 更進(jìn)一步地，上述的耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，先固溶處 理，固溶溫度為460°C ，固溶時(shí)間120min ;再淬火處理，水溫20°C ，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn) 移過(guò)程時(shí)間為5s ;最后時(shí)效處理，時(shí)效溫度90 95°C，時(shí)效時(shí)間28 29h ;使鋁基復(fù)合材 料彈性模量達(dá)到峰值。 再進(jìn)一步地，上述的耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，先固溶處 理，固溶溫度為460°C ，固溶時(shí)間120min ;再淬火處理，水溫20°C ，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn) 移過(guò)程時(shí)間為5s ;最后時(shí)效處理，時(shí)效溫度130 140°C，時(shí)效時(shí)間22 28h ;使鋁基復(fù)合 材料耐腐蝕性能達(dá)到峰值。 本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在
本發(fā)明熱處理方法采用固溶處理、淬火處理、時(shí)效處理，大幅度提高鋁基復(fù)合材料 強(qiáng)度；在不影響鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高鋁基復(fù)合材料的彈性模量；在不影響鋁 基復(fù)合材料強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高鋁基復(fù)合材料的耐腐蝕性能。該方法熱處理流程簡(jiǎn)單，工藝 流程短，生產(chǎn)設(shè)備要求低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；療崽幚恚?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)顯著。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1 :時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間對(duì)抗拉強(qiáng)度影響關(guān)系示意圖；
圖2 :時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間對(duì)屈服強(qiáng)度影響關(guān)系示意圖；
圖3 :時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間對(duì)延伸率影響關(guān)系示意圖；
圖4 :時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間對(duì)彈性模量影響關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1 : 耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的成分質(zhì)量百分比Zn 8. Owt% ， Mg 2. 3wt% ， Cu 2. 3wt % ， Zr 0. 15wt % K 0. 05wt % ， Cr《0. 04wt % ， TiB2 12wt % ，余量為Al 。
其熱處理過(guò)程將鋁基復(fù)合材料(M20X300mm鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度為 46(TC，時(shí)間為24h，車皮銑面加工成擠壓規(guī)定尺寸。在46(TC加熱鑄錠，保溫4h，擠壓比為 36，擠壓速度為4m/min，擠壓成小10棒材。棒材拉伸試樣固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處 理爐，固溶溫度為460°C，固溶時(shí)間120min。 繼而，淬火處理，淬火介質(zhì)為水，水溫2(TC，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間 為5s。 最后時(shí)效處理，采用循環(huán)攪拌油浴爐，時(shí)效處理溫度120°C ，時(shí)效時(shí)間28h。
實(shí)施例2 : 耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的成分質(zhì)量百分比Zn 8. Owt% ， Mg 2. 3wt% ， Cu 2. 3wt % ， Zr 0. 15wt % K 0. 05wt % ， Cr《0. 04wt % ， TiB2 12wt % ，余量為Al 。
其熱處理過(guò)程將鋁基復(fù)合材料(M20X300mm鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度為46(TC，時(shí)間為24h，車皮銑面加工成擠壓規(guī)定尺寸。在46(TC加熱鑄錠，保溫4h，擠壓比為 36，擠壓速度為4m/min，擠壓成小10棒材。棒材拉伸試樣固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處 理爐，固溶溫度為460°C，固溶時(shí)間120min。 繼而，淬火處理，淬火介質(zhì)為水，水溫2(TC，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間 為5s。 最后時(shí)效處理，采用循環(huán)攪拌油浴爐，時(shí)效處理溫度120°C，時(shí)效時(shí)間24h。
實(shí)施例3 : 耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的成分質(zhì)量百分比Zn 8. Owt% ， Mg 2. 3wt% ， Cu 2. 3wt % ， Zr 0. 15wt % K 0. 05wt % ， Cr《0. 04wt % ， TiB2 12wt % ，余量為Al 。
其熱處理過(guò)程將鋁基復(fù)合材料(M20X300mm鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度為 46(TC，時(shí)間為24h，車皮銑面加工成擠壓規(guī)定尺寸。在46(TC加熱鑄錠，保溫4h，擠壓比為 36，擠壓速度為4m/min，擠壓成小10棒材。棒材拉伸試樣固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處 理爐，固溶溫度為460°C，固溶時(shí)間120min。 繼而，淬火處理，淬火介質(zhì)為水，水溫2(TC，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間 為5s。 最后時(shí)效處理，采用循環(huán)攪拌油浴爐，時(shí)效處理溫度90°C ，時(shí)效時(shí)間28h。
實(shí)施例4 : 耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的成分質(zhì)量百分比Zn 8. Owt% ， Mg 2. 3wt% ， Cu 2. 3wt % ， Zr 0. 15wt % K 0. 05wt % ， Cr《0. 04wt % ， TiB2 12wt % ，余量為Al 。
其熱處理過(guò)程將鋁基復(fù)合材料(M20X300mm鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度為 46(TC，時(shí)間為24h，車皮銑面加工成擠壓規(guī)定尺寸。在46(TC加熱鑄錠，保溫4h，擠壓比為 36，擠壓速度為4m/min，擠壓成小10棒材。棒材拉伸試樣固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處 理爐，固溶溫度為460°C，固溶時(shí)間120min。 繼而，淬火處理，淬火介質(zhì)為水，水溫2(TC，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間 為5s。 最后時(shí)效處理，采用循環(huán)攪拌油浴爐，時(shí)效處理溫度130°C，時(shí)效時(shí)間25h。
實(shí)施例5 : 耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的成分質(zhì)量百分比Zn8. Owt%， Mgl. 8wt%， Cu2. Owt%， ZrO. 12wt%， Mn《0. lwt%， Cr《0. lwt% ， TiB212wt% ，余量為Al。
其熱處理過(guò)程將鋁基復(fù)合材料(M20X300mm鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度為 46(TC，時(shí)間為24h，車皮銑面加工成擠壓規(guī)定尺寸。在46(TC加熱鑄錠，保溫4h，擠壓比為 36，擠壓速度為4m/min，擠壓成小10棒材。棒材拉伸試樣固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處 理爐，固溶溫度為440°C，固溶時(shí)間180min。 繼而，淬火處理，淬火介質(zhì)為水，水溫5(TC，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間 為ls。 最后時(shí)效處理，采用循環(huán)攪拌油浴爐，時(shí)效處理溫度90°C ，時(shí)效時(shí)間29h。
實(shí)施例6 : 耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的成分質(zhì)量百分比Zn8. Owt%， Mgl. 8wt%， Cu2. Owt%， ZrO. 12wt%， Mn《0. lwt%， Cr《0. lwt% ， TiB212wt% ，余量為Al。
其熱處理過(guò)程將鋁基復(fù)合材料(M20X300mm鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度為 46(TC，時(shí)間為24h，車皮銑面加工成擠壓規(guī)定尺寸。在46(TC加熱鑄錠，保溫4h，擠壓比為 36，擠壓速度為4m/min，擠壓成小10棒材。棒材拉伸試樣固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處 理爐，固溶溫度為480°C，固溶時(shí)間20min。 繼而，淬火處理，淬火介質(zhì)為水，水溫15t:，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間 為30s。 最后時(shí)效處理，采用循環(huán)攪拌油浴爐，時(shí)效處理溫度150°C，時(shí)效時(shí)間17h。
其熱處理采用U7(72)均勻設(shè)計(jì)表(偏差0.1582)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)效處理制度，從 而得出不同時(shí)效溫度和不同時(shí)效時(shí)間對(duì)復(fù)合材料綜合力學(xué)性能的影響關(guān)系，結(jié)果表明 7055Al/12wt% TiB2抗拉強(qiáng)度在120°C/28h時(shí)，達(dá)到峰值730MPa，如圖1。屈服強(qiáng)度在 120°C /24h時(shí)，達(dá)到峰值690MPa，如圖2。延伸率在90°C /28h時(shí)，達(dá)到峰值4. 2%，如圖3。 彈性模量在90°C /28h時(shí)，達(dá)到峰值86GPa，如圖4。 綜上所述，本發(fā)明通過(guò)固溶處理、淬火處理、時(shí)效處理，可大幅度提高鋁基復(fù)合材 料強(qiáng)度；在不影響鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高鋁基復(fù)合材料的彈性模量；在不影響 鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高鋁基復(fù)合材料的耐腐蝕性能。該方法熱處理流程簡(jiǎn)單，工 藝流程短，生產(chǎn)設(shè)備要求低，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量處理產(chǎn)品。 以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用 等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，材料成分質(zhì)量百分比為Zn 1.0～10.0wt％，Mg 0.5～4.0wt％，Cu 0.1～3.0wt％，Zr 0～0.15wt％，Mn≤0.1wt％，Cr≤0.1wt％，TiB21～15wt％，余量為Al，其特征在于包括以下工藝步驟——①固溶處理采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處理爐進(jìn)行固溶處理，固溶溫度在440～480℃，固溶時(shí)間20～180min，使合金元素以溶質(zhì)原子的形式溶入鋁合金基體；②淬火處理采用水為淬火介質(zhì)，水溫15～50℃，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間控制在1s～30s；③時(shí)效處理采用循環(huán)攪拌油浴爐進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度90～150℃，時(shí)效時(shí)間17～29h。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在 于先固溶處理，固溶溫度為460°C，固溶時(shí)間120min ;再淬火處理，水溫2(TC，從固溶處理 到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間為5s ;最后時(shí)效處理，時(shí)效溫度120 130°C，時(shí)效時(shí)間27 29h。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在 于先固溶處理，固溶溫度為46(TC，固溶時(shí)間120min ;再淬火處理，水溫20°C ，從固溶處理 到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間為5s ;最后時(shí)效處理，時(shí)效溫度90 95°C，時(shí)效時(shí)間28 29h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在 于先固溶處理，固溶溫度為460°C，固溶時(shí)間120min ;再淬火處理，水溫2(TC，從固溶處理 到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間為5s ;最后時(shí)效處理，時(shí)效溫度130 140°C，時(shí)效時(shí)間22 28h。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐腐蝕高強(qiáng)度高模量鋁基復(fù)合材料的熱處理方法，先采用鼓風(fēng)廂式固溶熱處理爐進(jìn)行固溶處理，固溶溫度在440～480℃，固溶時(shí)間20～180min；再淬火處理，采用水為淬火介質(zhì)，水溫15～50℃，從固溶處理到淬火處理轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)間控制在1s～30s；最后采用循環(huán)攪拌油浴爐進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度90～150℃，時(shí)效時(shí)間17～29h，使過(guò)飽和溶質(zhì)原子以溶質(zhì)原子團(tuán)簇和GP區(qū)的形式析出?？纱蠓忍岣咪X基復(fù)合材料的強(qiáng)度、彈性模量及耐腐蝕性能，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模化熱處理。
文檔編號(hào)C22F1/04GK101736212SQ200810244718
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者樂永康, 張建平, 毛建偉 申請(qǐng)人:蘇州有色金屬研究院有限公司