一种Al-Zn复合材料及其固态合金化制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种Al-Zn复合材料，包括Al基体和分布在Al基体中的Al-Zn块状合金，所述Al-Zn块状合金在Al基体中呈阵列分布。本实施例还公开了一种固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，首先选取铝板，并在铝板上按整列加工小孔，然后在小孔中填充锌粉并压实，最后机械搅拌摩擦填充锌粉的小孔及周边区域。本发明的Al-Zn复合材料中Al-Zn块体合金的合金化程度高，Al-Zn块体合金与Al基体结合紧密，可以满足特殊环境的使用要求。本发明使用搅拌摩擦的方法加工Al-Zn复合材料，可以在固相条件下直接制得块状合金；工艺简单，对设备要求较低，所得的合金组织结构致密，晶粒细小。
【专利说明】一种Al-Zn复合材料及其固态合金化制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属加工领域，涉及制备Al-Zn复合材料的方法，特别涉及一种在固态条件下制备含有Al-Zn块体合金的Al-Zn复合材料的方法。
【背景技术】
[0002]机械合金化(MechanicalAlloying, MA)工艺是美国国际镍公司的Benjamin等人于1969年前后提出的一种固态粉末加工技术，基本原理是将两种及两种以上的金属粉末或金属与非金属粉末混合后进行球磨，经过反复形变、破碎和细化，在其中引入大量的应变和晶格缺陷(如位错、空位、堆垛缺陷、晶粒边界等)，使各组元在常温下相互扩散实现化学
结合 ?
[0003]搅拌摩擦焊接(frictionstirwelding, FSff)工艺是英国焊接研究所于1991年发明的新型固相焊接技术，其基本原理是:搅拌摩擦焊过程中，一个由轴肩和搅拌针组成的搅拌头高速旋转着缓慢插入被焊工件，待搅拌头的轴肩与工件紧密接触后，搅拌头沿接缝方向边旋转边移动。搅拌头与工件间的剧烈摩擦使焊区温度迅速升高(仍在固态区)，导致材料塑化，搅拌针搅动焊缝区材料使其产生塑性流变和混合，轴肩把由搅拌针搅动变形的材料传输到搅拌头后侧并施加锻造作用，搅拌头扫过的区域则实现固相焊接，形成密实完整的焊缝。
[0004]机械合金化可以在固态实现元素合金化，但机械合金化过程复杂，影响因素众多(球磨速度、球磨时间、球磨温度等)，成本较高，而且所得到的合金呈粉末状，要实现块体化，还需复杂的后续成型及烧结等处理，工艺流程复杂，成本能源耗费极高。本发明的方法可直接实现块体合金化，避免了机械合金化需要后续成型烧结和对设备及工艺的严格要求，同时本发 明的方法又不同于搅拌摩擦加工方法，搅拌摩擦加工方法通常用于不同大块合金间的固态焊接结合。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种含有Al-Zn块体合金的Al-Zn复合材料及其固态合金化制备方法。
[0006]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]一种Al-Zn复合材料，包括Al基体和分布在Al基体中的Al-Zn块状合金，所述Al-Zn块状合金在Al基体中呈阵列分布。
[0008]进一步,所述Al-Zn块状合金呈圆柱形,其直径为1.5-3mm,高为3.5_4mm,各圆柱形Al-Zn块状合金中心距为8-11_。
[0009]一种固态合金化制备如权利要求1所述Al-Zn复合材料的方法，包括以下步骤:
[0010]I)选取铝板，并在铝板上按整列加工孔深为3_4mm小孔；
[0011]2)在步骤I)的小孔中填充锌粉并压实；
[0012]3)机械搅拌摩擦填充锌粉的小孔及周边区域，搅拌时加工区域总面积为小孔面积的1.5-2.5倍，搅拌头的旋转速度为920-960171^11,行走速度为15mm/min，搅拌针深度为
4.5mm。
[0013]进一步，步骤I)所选铝板为1100纯铝板，其厚度为5.5_7mm。
[0014]进一步，步骤2)所选Zn粉粒径为200-300目。
[0015]进一步，步骤I)所加工的小孔为多个呈直线分布的盲孔，孔径为1.5-3mm、孔中心距 8~1 Imnin
[0016]进一步，每个小孔重复搅拌摩擦至少2次。[0017]本发明的有益效果在于:本发明的Al-Zn复合材料中含有呈整列分布的Al-Zn块体合金，Al-Zn块体合金的合金化程度高，Al-Zn块体合金与Al基体结合紧密，可以满足特殊环境的使用要求。本发明使用搅拌摩擦的方法加工Al-Zn复合材料，可以在固相条件下直接制得块状合金；与熔铸相比，固相合金化避免凝固裂纹与气孔的产生，所得的合金组织结构致密，晶粒细小，而且本发明的方法制得的Al-Zn复合材料残余变形与残余应力均较低；与机械合金化相比，本发明的方法可直接实现块体合金化，避免了机械合金化需要后续成型烧结和对设备及工艺的严格要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0019]图1为实施例1搅拌摩擦加工过程示意图；
[0020]图2为实施例1所得Al-Zn复合材料中Al-Zn块状合金的SEM图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0022]以下实施例将公开一种Al-Zn复合材料，包括Al基体和分布在Al基体中的Al-Zn块状合金，该Al-Zn块状合金在Al基体中呈阵列分布。
[0023]进一步的，该Al-Zn块状合金呈圆柱形,其直径为1.5_3mm,高为3.5_4mm,各圆柱形Al-Zn块状合金中心距为8-11_。
[0024]实施例1:
[0025]本实施例固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，包括以下步骤:
[0026]I)选取铝板，并在铝板上按整列加工孔深为3.5mm小孔；
[0027]2)在步骤I)的小孔中填充锌粉并压实；
[0028]3)机械搅拌摩擦填充锌粉的小孔及周边区域，搅拌时加工区域总面积为小孔面积的2倍，搅拌针深度为4mm，搅拌头的旋转速度为940r/min，行走速度为15mm/min，本实施例搅拌摩擦过程如图1所示。
[0029]作为本实施例的改进，步骤I)所选铝板为所示1100纯铝板，其厚度为6mm，具体尺寸为 300mmX IOOmmX 6mm。
[0030]作为本实施例的另一种改进，步骤2)所选Zn粉粒径为260目。
[0031]作为本实施例的进一步，步骤I)所加工的小孔为多个呈直线分布的盲孔，孔径为
2.5_、孔中心距10mnin[0032]作为本实施例的进一步，每个小孔重复搅拌摩擦2次。
[0033]图2为本实施例所得Al-Zn复合材料中Al-Zn块状合金的扫描电镜图，从图中可以看出，已经得到明显的Al-Zn块体合金，Al-Zn块体合金与Al基体结合紧密，晶粒细小，呈现明显的层状花纹，材料塑性流动趋势明显，有力证明利用该发明方法可以在固相条件下直接制得Al-Zn块状合金，实现固态合金化。
[0034]实施例2:
[0035]本实施例固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，包括以下步骤:
[0036]I)选取铝板，并在铝板上按整列加工孔深为4_小孔；
[0037]2)在步骤I)的小孔中填充锌粉并压实；
[0038]3)机械搅拌摩擦填充锌粉的小孔及周边区域，搅拌时加工区域总面积为小孔面积的1.5倍,搅拌头的旋转速度为960r/min,搅拌针深度为4.5mm,行走速度为15mm/min。
[0039]作为本实施例的改进,步骤I)所选招板为1100纯招板,其厚度为7mm。
[0040]作为本实施例的另一种改进，步骤2)所选Zn粉粒径为300目。
[0041]作为本实施例的进一步，步骤I)所加工的小孔为多个呈直线分布的盲孔，孔径为2mm、孔中心距8mm η
[0042]作为本实施例的进一步，每个小孔重复搅拌摩擦3次。
[0043]实施例3:
[0044]本实施例固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，包括以下步骤:
[0045]I)选取铝板，并在铝板上按整列加工孔深为3mm小孔；
[0046]2)在步骤I)的小孔中填充锌粉并压实；
[0047]3)机械搅拌摩擦填充锌粉的小孔及周边区域，搅拌时加工区域总面积为小孔面积的2.5倍,搅拌头的旋转速度为920r/min,搅拌针深度为4mm,行走速度为15mm/min。
[0048]作为本实施例的改进,步骤I)所选招板为1100纯招板,其厚度为5.5mm。
[0049]作为本实施例的另一种改进，步骤2)所选Zn粉粒径为200目。
[0050]作为本实施例的进一步，步骤I)所加工的小孔为多个呈直线分布的盲孔，孔径为3mm、孔中心距11mnin
[0051]作为本实施例的进一步，每个小孔重复搅拌摩擦4次。
[0052]本发明的Al-Zn复合材料中含有呈整列分布的Al-Zn块体合金，Al-Zn块体合金的合金化程度高，Al-Zn块体合金与Al基体结合紧密，可以满足特殊环境的使用要求。本发明使用搅拌摩擦的方法加工Al-Zn复合材料，可以在固相条件下直接制得块状合金；与熔铸相比，固相合金化避免凝固裂纹与气孔的产生，所得的合金组织结构致密，晶粒细小，而且本发明的方法制得的Al-Zn复合材料残余变形与残余应力均较低；与机械合金化相比，本发明的方法可直接实现块体合金化，避免了机械合金化需要后续成型烧结和对设备及工艺的严格要求。
[0053]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种Al-Zn复合材料，包括Al基体和分布在Al基体中的Al-Zn块状合金，其特征在于:所述Al-Zn块状合金在Al基体中呈阵列分布。
2.根据权利要求1所述Al-Zn复合材料，其特征在于:所述Al-Zn块状合金呈圆柱形，其直径为1.5_3mm,高为3.5_4mm,各圆柱形Al-Zn块状合金中心距为
3.一种固态合金化制备如权利要求1所述Al-Zn复合材料的方法,其特征在于,包括以下步骤: 1)选取铝板，并在铝板上按整列加工孔深为3-4mm小孔； 2)在步骤I)的小孔中填充锌粉并压实； 3)机械搅拌摩擦填充锌粉的小孔及周边区域，搅拌时加工区域总面积为小孔面积的1.5-2.5倍，搅拌头的旋转速度为920-960r/min，行走速度为15mm/min，搅拌针深度为
4.Smnin 4.根据权利要求3所述固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，其特征在于:步骤I)所选铝板为1100纯铝板，其厚度为5.5-7mm。
5.根据权利要求3所述固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，其特征在于:步骤2)所选Zn粉粒径为200-300目。
6.根据权利要求3-5任意一项所述固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，其特征在于:步骤I)所加工的小孔为多个呈直线分布的盲孔，孔径为1.5-3mm、孔中心距
7.根据权利要求6所述固态合金化制备Al-Zn复合材料的方法，其特征在于:每个小孔重复搅拌摩擦至少2次。
【文档编号】B22F3/00GK103817334SQ201410062616
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】周正, 谢碧君, 袁宵, 赵小军 申请人:重庆大学