高性能鋁基復合材料工程化制備技術(shù)

1、 主要技術(shù)發(fā)明 (1)鋁基復合材料短流程粉末冶金技術(shù) 建立了復合化與合金化同步實(shí)現的粉末冶金工藝，去除了基體合金配制熔煉過(guò)程，且可以在粉末混合階段即實(shí)現合金體系與合金元素含量的自由、精確設計。該方法不僅減少了研制和生產(chǎn)成本及周期，還可從源頭上保障復合材料性能穩定性。以典型的SiC/Al、B4C/Al復合材料為對象，建立了相應的熱壓燒結工藝和熱處理工藝，其中增強顆粒體積含量可達65%，基體合金包括Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si-Cu等，實(shí)現了工藝由公斤級到噸級的逐級放大，單個(gè)坯錠可達6噸。 (2)鋁基復合材料可控變形加工技術(shù) 針對鋁基復合材料塑性變形加工易產(chǎn)生缺陷、組織復雜等特征導致加工效率低下、成材率低、性能穩定性不佳等固有難題，在傳統加工圖優(yōu)化工藝參數基礎上，通過(guò)對擠壓、鍛造、軋制等變形過(guò)程中開(kāi)展跨尺度模擬，實(shí)現了不同工藝下組織和力學(xué)性能仿真，進(jìn)而突破了以復合材料組織與性能為導向的高效率工藝優(yōu)化，降低了試驗試錯消耗。以此技術(shù)，一次成功研制出投影面積達4m2的高性能SiC/Al鍛件，并使板材、型材等常件加工材成材率比現有水平提升20%以上。 (3)鋁基復合材料高質(zhì)量可靠攪拌摩擦焊技術(shù) 攪拌摩擦焊接(FSW)是實(shí)現鋁基復合材料高強度焊接的方法。但FSW面臨焊接工具磨損嚴重、材料流變性差等挑戰，制約了研發(fā)與應用。通過(guò)自主研發(fā)高韌性、耐磨的長(cháng)壽命金屬陶瓷焊接工具，實(shí)現了鋁基復合材料的長(cháng)距離可靠焊接。通過(guò)合理設計工具形貌、焊接參數及母材熱處理狀態(tài)，優(yōu)化FSW過(guò)程中的材料流動(dòng)模式，顯著(zhù)改善接頭的組織與性能。所獲得接頭強度可達峰時(shí)效態(tài)母材的80-97%，對退火態(tài)母材，焊接頭強度可達母材100%。 2、 應用領(lǐng)域及效果 本成果已在航天、核電等領(lǐng)域多個(gè)首臺、首套重大型號獲得應用，包括遙感、北斗、風(fēng)云、高分等系列衛星、祝融號火星車(chē)、嫦娥5號探測器、天和號空間站以及龍舟號乏燃料貯運容器等，為我國載人/探月、高分辨對地觀(guān)測、大型氣冷堆/壓水堆等重大專(zhuān)項關(guān)鍵型號提供了支撐。近5年累計銷(xiāo)售收入超過(guò)1.4億元，現已完成成果轉化，投資1.6億元建設了年產(chǎn)能數百?lài)嵉漠a(chǎn)業(yè)化公司，未來(lái)將向航空、汽車(chē)、體育器材、電子等民用領(lǐng)域拓展應用，產(chǎn)生更大經(jīng)濟效益。這表明以SiC/Al、B4C/A