耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的热处理方法 【技术领域】
本发明涉及一种金属基复合材料的热处理方法，尤其涉及一种耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的热处理方法，属于材料技术领域。
背景技术
铝基复合材料具有重量轻，比强度、比刚度和剪切强度高，热膨胀系数低，热稳定性、导热、导电、耐腐蚀性能良好等优点，逐渐成为航空、航天、汽车、电子工业等领域的理想材料。
中国专利200410023090.2公开了一种改善超高强铝合金强韧性的热处理工艺，从控制时效处理工艺出发，通过先进行高温短时时效，促进晶内富溶质原子团簇和GP区形核，固溶处理工艺为450℃～480℃/30分钟～120分钟，高温时效工艺为100℃～140℃/30分钟～180分钟，低温时效温度为40℃～80℃，虽能提高合金韧性水平，但难以满足航空、航天、高新技术等行业对高强度、高模量、耐腐蚀的要求。
中国专利95195922.0公开了铝合金板材的热处理方法，该方法包括使热轧或冷轧铝合金板材经受固溶热处理，随后淬火，并在基本时效硬化发生之前，使该合金板材再经受一次或多次后继热处理，这后继热处理包括将该板材加热到100～300℃范围内的某一峰值温度然后使该板材在峰值温度下保持一段时期，时间小于约1分钟，再使该合金板材从峰值温度冷却到温度85℃或更低。经这样处理过的板材能用作汽车用板材，但此方法工艺复杂，成本高，也无法满足铝基复合材料耐腐蚀高强度高模量要求。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的热处理方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的热处理方法，材料成分质量百分比为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％，TiB2 1～15wt％，余量为Al，特点是：具体包括以下工艺步骤——
①固溶处理：采用鼓风厢式固溶热处理炉进行固溶处理，固溶温度在440～480℃，固溶时间20～180min，使合金元素以溶质原子的形式溶入铝合金基体，提高铝基复合材料的固溶度，提高时效强化效果；
②淬火处理：将固溶处理获得的过饱和固溶体保留在室温下，采用水为淬火介质，水温15～50℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间控制在1s～30s；
③时效处理：采用循环搅拌油浴炉进行时效处理，时效温度90～150℃，时效时间17～29h，使过饱和溶质原子以溶质原子团簇和GP区地形式析出。
进一步地，上述的耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的热处理方法，先固溶处理，固溶温度为460℃，固溶时间120min；再淬火处理，水温20℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为5s；最后时效处理，时效温度120～130℃，时效时间27～29h；使铝基复合材料抗拉强度达到峰值。
更进一步地，上述的耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的热处理方法，先固溶处理，固溶温度为460℃，固溶时间120min；再淬火处理，水温20℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为5s；最后时效处理，时效温度90～95℃，时效时间28～29h；使铝基复合材料弹性模量达到峰值。
再进一步地，上述的耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的热处理方法，先固溶处理，固溶温度为460℃，固溶时间120min；再淬火处理，水温20℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为5s；最后时效处理，时效温度130～140℃，时效时间22～28h；使铝基复合材料耐腐蚀性能达到峰值。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明热处理方法采用固溶处理、淬火处理、时效处理，大幅度提高铝基复合材料强度；在不影响铝基复合材料强度的基础上，提高铝基复合材料的弹性模量；在不影响铝基复合材料强度的基础上，提高铝基复合材料的耐腐蚀性能。该方法热处理流程简单，工艺流程短，生产设备要求低，易于实现工业规模化热处理，经济效益和社会效应显著。
【附图说明】
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：时效温度、时效时间对抗拉强度影响关系示意图；
图2：时效温度、时效时间对屈服强度影响关系示意图；
图3：时效温度、时效时间对延伸率影响关系示意图；
图4：时效温度、时效时间对弹性模量影响关系示意图。
【具体实施方式】
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1：
耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的成分质量百分比：Zn 8.0wt％，Mg 2.3wt％，Cu 2.3wt％，Zr 0.15wt％，Mn≤0.05wt％，Cr≤0.04wt％，TiB2 12wt％，余量为Al。
其热处理过程：将铝基复合材料φ120×300mm铸锭进行均匀化处理，温度为460℃，时间为24h，车皮铣面加工成挤压规定尺寸。在460℃加热铸锭，保温4h，挤压比为36，挤压速度为4m/min，挤压成φ10棒材。棒材拉伸试样固溶处理采用鼓风厢式固溶热处理炉，固溶温度为460℃，固溶时间120min。
继而，淬火处理，淬火介质为水，水温20℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为5s。
最后时效处理，采用循环搅拌油浴炉，时效处理温度120℃，时效时间28h。
实施例2：
耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的成分质量百分比：Zn 8.0wt％，Mg 2.3wt％，Cu 2.3wt％，Zr 0.15wt％，Mn≤0.05wt％，Cr≤0.04wt％，TiB2 12wt％，余量为Al。
其热处理过程：将铝基复合材料φ120×300mm铸锭进行均匀化处理，温度为460℃，时间为24h，车皮铣面加工成挤压规定尺寸。在460℃加热铸锭，保温4h，挤压比为36，挤压速度为4m/min，挤压成φ10棒材。棒材拉伸试样固溶处理采用鼓风厢式固溶热处理炉，固溶温度为460℃，固溶时间120min。
继而，淬火处理，淬火介质为水，水温20℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为5s。
最后时效处理，采用循环搅拌油浴炉，时效处理温度120℃，时效时间24h。
实施例3：
耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的成分质量百分比：Zn 8.0wt％，Mg 2.3wt％，Cu 2.3wt％，Zr 0.15wt％，Mn≤0.05wt％，Cr≤0.04wt％，TiB2 12wt％，余量为Al。
其热处理过程：将铝基复合材料φ120×300mm铸锭进行均匀化处理，温度为460℃，时间为24h，车皮铣面加工成挤压规定尺寸。在460℃加热铸锭，保温4h，挤压比为36，挤压速度为4m/min，挤压成φ10棒材。棒材拉伸试样固溶处理采用鼓风厢式固溶热处理炉，固溶温度为460℃，固溶时间120min。
继而，淬火处理，淬火介质为水，水温20℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为5s。
最后时效处理，采用循环搅拌油浴炉，时效处理温度90℃，时效时间28h。
实施例4：
耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的成分质量百分比：Zn 8.0wt％，Mg 2.3wt％，Cu 2.3wt％，Zr 0.15wt％，Mn≤0.05wt％，Cr≤0.04wt％，TiB2 12wt％，余量为Al。
其热处理过程：将铝基复合材料φ120×300mm铸锭进行均匀化处理，温度为460℃，时间为24h，车皮铣面加工成挤压规定尺寸。在460℃加热铸锭，保温4h，挤压比为36，挤压速度为4m/min，挤压成φ10棒材。棒材拉伸试样固溶处理采用鼓风厢式固溶热处理炉，固溶温度为460℃，固溶时间120min。
继而，淬火处理，淬火介质为水，水温20℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为5s。
最后时效处理，采用循环搅拌油浴炉，时效处理温度130℃，时效时间25h。
实施例5：
耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的成分质量百分比：Zn8.0wt％，Mg1.8wt％，Cu2.0wt％，Zr0.12wt％，Mn≤0.1wt％，Cr≤0.1wt％，TiB212wt％，余量为Al。
其热处理过程：将铝基复合材料φ120×300mm铸锭进行均匀化处理，温度为460℃，时间为24h，车皮铣面加工成挤压规定尺寸。在460℃加热铸锭，保温4h，挤压比为36，挤压速度为4m/min，挤压成φ10棒材。棒材拉伸试样固溶处理采用鼓风厢式固溶热处理炉，固溶温度为440℃，固溶时间180min。
继而，淬火处理，淬火介质为水，水温50℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为1s。
最后时效处理，采用循环搅拌油浴炉，时效处理温度90℃，时效时间29h。
实施例6：
耐腐蚀高强度高模量铝基复合材料的成分质量百分比：Zn8.0wt％，Mg1.8wt％，Cu2.0wt％，Zr0.12wt％，Mn≤0.1wt％，Cr≤0.1wt％，TiB212wt％，余量为Al。
其热处理过程：将铝基复合材料φ120×300mm铸锭进行均匀化处理，温度为460℃，时间为24h，车皮铣面加工成挤压规定尺寸。在460℃加热铸锭，保温4h，挤压比为36，挤压速度为4m/min，挤压成φ10棒材。棒材拉伸试样固溶处理采用鼓风厢式固溶热处理炉，固溶温度为480℃，固溶时间20min。
继而，淬火处理，淬火介质为水，水温15℃，从固溶处理到淬火处理转移过程时间为30s。
最后时效处理，采用循环搅拌油浴炉，时效处理温度150℃，时效时间17h。
其热处理采用U7(72)均匀设计表(偏差0.1582)优化设计时效处理制度，从而得出不同时效温度和不同时效时间对复合材料综合力学性能的影响关系，结果表明：7055Al/12wt％TiB2抗拉强度在120℃/28h时，达到峰值730MPa，如图1。屈服强度在120℃/24h时，达到峰值690MPa，如图2。延伸率在90℃/28h时，达到峰值4.2％，如图3。弹性模量在90℃/28h时，达到峰值86GPa，如图4。
综上所述，本发明通过固溶处理、淬火处理、时效处理，可大幅度提高铝基复合材料强度；在不影响铝基复合材料强度的基础上，提高铝基复合材料的弹性模量；在不影响铝基复合材料强度的基础上，提高铝基复合材料的耐腐蚀性能。该方法热处理流程简单，工艺流程短，生产设备要求低，可实现工业化批量处理产品。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。