本發(fā)明涉及一種鋁基復合材料，具體地，涉及一種同時提高了鋁合金彈性模量、強度并降低疲勞裂紋擴展速率的鋁基復合材料及其制備方法，屬于鋁合金材料。
背景技術：
1、輕質(zhì)高強鋁合金廣泛應用于航空領域。航空工業(yè)的快速發(fā)展對高性能鋁合金材料提出更高的需求。提高鋁合金材料彈性模量、強度可以進一步有效實現(xiàn)結構輕量化，同時需要降低疲勞裂紋擴展速率來提高航空構件的使用安全性和耐久性。因此，開發(fā)兼?zhèn)涓吣８邚姟⒌推诹鸭y擴展速率的鋁基材料對先進航空結構材料的發(fā)展具有重要的意義。
2、提升鋁合金強度主要采用晶界強化、彌散相強化、溶質(zhì)原子強化和位錯強化等傳統(tǒng)策略，但是這些方法難以提升鋁合金的彈性模量，即無法突破鋁合金材料彈性模量的提升。同時，無論是細化晶粒、增加彌散相還是提高位錯密度，雖然能提升鋁合金材料的強度，但是強度提升也十分有限，而且這些方法不可避免地導致鋁合金材料的疲勞裂紋擴展速率增大。通過材料復合化可以提升材料的強度和彈性模量，在鋁合金中原位形成細小的陶瓷顆粒，可以制備出高模高強高韌鋁基復合材料，具備廣闊的應用前景。然而，引入陶瓷顆粒同樣會細化晶粒、增加位錯密度，使疲勞裂紋尖端鈍化效應降低，而且減小疲勞裂紋偏轉距離，導致鋁基復合材料的疲勞裂紋擴展速率高于相應的基體鋁合金。
3、總之，目前的鋁合金合金化方法無法實現(xiàn)制備兼具彈性模量、強度和抗疲勞裂紋擴展同步提升的鋁合金材料。本領域亟待需要設計新的鋁基復合材料的組織結構構型，以同時實現(xiàn)彈性模量、強度和抗疲勞裂紋擴展能力同時提高。
技術實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術難以突破鋁合金彈性模量、強度和疲勞裂紋擴展抗性同時提高的問題，本發(fā)明提出了一種高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料及制備方法，通過將原位自生tib2顆粒增強鋁基復合材料與鋁合金粉末按照不同粒徑進行配比后，進行錠坯制備、塑性成形等加工處理，再經(jīng)過固溶處理和冷加工塑性變形處理、低溫時效處理，制備得到鋁基復合材料同時具有高彈性模量、高強度且疲勞裂紋擴展速率降低。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
3、一種高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，包括如下步驟：
4、(1)配制鋁基復合材料粉末和鋁合金粉末：所述鋁基復合材料粉末為tib2顆粒增強鋁基復合材料，粉末平均直徑為10-100微米，重量占比20％-90％；鋁合金粉末平均直徑為50-500微米；鋁合金和鋁基復合材料的合金元素成分可以相同也可以不同；
5、(2)混粉和致密化處理：將上述配比好的兩種粉末充分混粉后進行致密化處理，所得錠坯的致密度≥99.5％；
6、(3)表面銑削和熱塑性成形：將上述錠坯進行表面銑削，獲得預制坯；將預制坯進行熱塑性成形處理，獲得雙重異質(zhì)結構鋁基復合材料；
7、(4)固溶處理和冷加工變形處理：將上述雙重異質(zhì)結構鋁基復合材料進行固溶處理，所述固溶處理包括加熱、保溫和水淬步驟，水淬后進行冷加工變形處理，冷加工變形處理開始時間與固溶結束的間隔時間小于等于1h，變形量為2％-30％，變形溫度為-50℃-50℃；
8、(5)時效處理：將上述冷加工變形處理后的鋁基復合材料進行單級時效或雙級時效處理。
9、優(yōu)選的，所述鋁基復合材料粉末中，tib2顆粒的質(zhì)量分數(shù)為1-20％，tib2顆粒平均直徑為50-200納米。
10、優(yōu)選的，所述步驟(2)中，致密化處理為真空除氣和熱等靜壓處理，包括：先采用金屬包套，加熱溫度為450-550℃，金屬包套內(nèi)部真空度≥0.1pa，隨后進行熱等靜壓，壓力≥100mpa，熱壓溫度為450-550℃，保壓時間為2-8h，隨后在無外加壓力條件下繼續(xù)保溫12-24h，最后空冷。
11、優(yōu)選的，所述步驟(3)中，預制錠坯的厚度或直徑為100-600mm，熱塑性成形為熱軋制或熱擠壓。
12、進一步優(yōu)選的，所述熱軋制步驟為：軋制開始溫度為450℃，軋制至～6-10mm，進行退火處理，退火溫度為350℃，保溫0.5h；空冷后進行冷軋，經(jīng)過多道次軋制～2-4mm厚鋁基復合材料薄板，冷軋過程中不進行退火處理。
13、進一步優(yōu)選的，所述熱擠壓步驟為：擠壓溫度為420℃，擠壓至～2-10mm厚。
14、優(yōu)選的，所述步驟(4)中的固溶處理為單級固溶處理或雙級固溶處理，其中，所述單級固溶處理為：為460-490℃，保溫時間為0.5-4h，隨后水淬，轉移時間小于等于15s；所述雙級固溶處理為：470-500℃保溫20-40min和505℃保溫20-40min，隨后迅速水淬，轉移時間小于等于20s。
15、優(yōu)選的，所述步驟(4)中的冷加工變形處理為軋制或拉伸。
16、優(yōu)選的，所述單級時效處理為：溫度50℃-120℃，保溫時間為24h-480h。
17、優(yōu)選的，所述雙級時效處理為：溫度175℃-195℃保溫10-15min，然后在65-125℃保溫72h-480h。
18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
19、本發(fā)明提供了一種高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料及制備方法，通過非均勻陶瓷顆粒分布和非均勻晶粒尺寸分布的雙重異質(zhì)結構，提高鋁合金基體材料的彈性模量和強度的同時降低疲勞裂紋擴展速率。所述制備方法工藝方法簡單易操作，所涉及到的材料制備、加工、熱處理工藝具備工業(yè)化生產(chǎn)條件。
1.一種高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述鋁基復合材料粉末中，tib2顆粒的質(zhì)量分數(shù)為1-20％，tib2顆粒平均直徑為50-200納米。
3.如權利要求1所述的高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，致密化處理為真空除氣和熱等靜壓處理，包括：先采用金屬包套，加熱溫度為450-550℃，金屬包套內(nèi)部真空度≥0.1pa，隨后進行熱等靜壓，壓力≥100mpa，熱壓溫度為450-550℃，保壓時間為2-8h，隨后在無外加壓力條件下繼續(xù)保溫12-24h，最后空冷。
4.如權利要求1所述的高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，預制坯的厚度或直徑為100-600mm。
5.如權利要求1所述的高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述熱塑性成形為熱軋制或熱擠壓；所述熱軋制步驟為：軋制開始溫度為450℃，軋制至～6-10mm，進行退火處理，退火溫度為350℃，保溫0.5h；空冷后進行冷軋，經(jīng)過多道次軋制～2-4mm厚鋁基復合材料薄板，冷軋過程中不進行退火處理；所述熱擠壓步驟為：擠壓溫度為420℃，擠壓至～2-10mm厚的板材。
6.如權利要求1所述的高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中的固溶處理為單級固溶處理或雙級固溶處理，其中，所述單級固溶處理為：為460-490℃，保溫時間為0.5-4h，隨后水淬，轉移時間小于等于15s；所述雙級固溶處理為：470-500℃保溫20-40min和505℃保溫20-40min，隨后迅速水淬，轉移時間小于等于20s。
7.如權利要求1所述的高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中的冷加工變形處理為軋制或拉伸。
8.如權利要求1所述的高模高強高抗疲勞裂紋擴展鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，所述單級時效處理為：溫度50-120℃，保溫時間為24h-480h；所述雙級時效處理為：溫度175℃-195℃保溫5-15min，然后在65-125℃保溫72h-480h。