本研究介绍了一种创新的铝基复合材料制备技术,该技术涉及对TC4钛合金丝进行刻蚀活化和电镀铜处理,以制造镀铜钛合金丝。随后,通过两步慢冷热处理过程,包括在820-880℃下保温15-60分钟,然后逐步冷却至室温,以优化材料性能。利用电弧增材制造技术在铝合金基板上熔敷ER5356铝合金,并将热处理后的镀铜钛合金丝平整放置于熔敷层中心,形成中间层,最后在中间层上再熔敷一层ER5356铝合金。该方法通过铜作为铝钛界面的过渡层,有效防止了脆性金属间化合物的形成,增强了界面结合力,提高了材料的整体强度。
背景技术
铝基复合材料具有高强度、低密度、高阻尼和高耐磨性等优点,在汽车工业、航空航天中具有广泛的应用前景。以5xxx系列铝合金为基体的铝基复合材料具有优异的耐腐蚀性和焊接性等特性,但是,其抗拉强度不如以2xxx系列和7xxx系列铝合金为基体的铝基复合材料,限制了其在高承载条件下的应用。热处理通常用于提高材料的机械强度,但在实际应用中,以5系铝合金为基体的铝基复合材料很难通过热处理进行强化,因为热处理会导致材料的伸长率急剧下降,从而影响材料的整体机械性能。目前,提升铝基复合材料的机械性能的方法主要有加入连续增强体和非连续增强体两种方法。连续增强体中纤维增强铝基复合材料和非连续增强体中短纤维增强铝基复合材料都只能制备简单的零件。非连续增强体中晶须、颗粒、纳米颗粒/纳米管增强铝基复合材料虽然可以提高铝基复合材料的硬度和强度,但是其塑性和韧性显著降低。因此,有必要找到新的方法来同时提高强度和延展性。钛合金丝具有高强度、良好的热稳定性和耐腐蚀性等优点,且与铝合金有相似的延伸率,因此将钛合金丝作为连续纤维嵌入铝基复合材料而改善复合材料的力学性能具有重要的应用前景。
西安交通大学卢秉恒院士、方学伟副教授团队基于定向能量沉积增材制造技术,发明了一种新的金属连续纤维增强复合材料的增材制造技术,首次实现了钛纤维增强铝(TFRA)构件的制造,综合力学性能得到大幅度提升(Yongliang G,Meng Z,XinZhi L,etal.Wire-based directed energy deposition of a novel high-performance titaniumfiber-reinforced Al5183 Aluminum Alloy[J].Additive Manufacturing,2023,65)。中国专利CN106319400A公布了一种高阻尼镍钛丝增强铝基复合材料及其制备方法,该铝基复合材料的增强相为通过铸造后热轧的镍钛合金丝,通过此方法制备的镍钛丝增强铝基复合材料具有优异的阻尼性能和力学性能。但是由于铝和钛的物化性能差异较大,现有方法中冶金反应极易生成Ti3Al、TiAl、TiAl3、Ti2Al5等脆性金属间化合物,导致制造的钛纤维增强铝基复合材料界面性能较差。
实现思路