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高性能铝基复合材料工程化制备技术

1606 编辑：北方有色网来源：中国科学院金属研究所

2023-03-27 11:55:27

1、主要技术发明

(1)铝基复合材料短流程粉末冶金技术

建立了复合化与合金化同步实现的粉末冶金工艺，去除了基体合金配制熔炼过程，且可以在粉末混合阶段即实现合金体系与合金元素含量的自由、精确设计。该方法不仅减少了研制和生产成本及周期，还可从源头上保障复合材料性能稳定性。以典型的SiC/Al、B4C/Al复合材料为对象，建立了相应的热压烧结工艺和热处理工艺，其中增强颗粒体积含量可达65%，基体合金包括Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si-Cu等，实现了工艺由公斤级到吨级的逐级放大，单个坯锭可达6吨。

(2)铝基复合材料可控变形加工技术

针对铝基复合材料塑性变形加工易产生缺陷、组织复杂等特征导致加工效率低下、成材率低、性能稳定性不佳等固有难题，在传统加工图优化工艺参数基础上，通过对挤压、锻造、轧制等变形过程中开展跨尺度模拟，实现了不同工艺下组织和力学性能仿真，进而突破了以复合材料组织与性能为导向的高效率工艺优化，降低了试验试错消耗。以此技术，一次成功研制出投影面积达4m2的高性能SiC/Al锻件，并使板材、型材等常件加工材成材率比现有水平提升20%以上。

(3)铝基复合材料高质量可靠搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊接(FSW)是实现铝基复合材料高强度焊接的方法。但FSW面临焊接工具磨损严重、材料流变性差等挑战，制约了研发与应用。通过自主研发高韧性、耐磨的长寿命金属陶瓷焊接工具，实现了铝基复合材料的长距离可靠焊接。通过合理设计工具形貌、焊接参数及母材热处理状态，优化FSW过程中的材料流动模式，显著改善接头的组织与性能。所获得接头强度可达峰时效态母材的80-97%，对退火态母材，焊接头强度可达母材100%。

2、应用领域及效果

本成果已在航天、核电等领域多个首台、首套重大型号获得应用，包括遥感、北斗、风云、高分等系列卫星、祝融号火星车、嫦娥5号探测器、天和号空间站以及龙舟号乏燃料贮运容器等，为我国载人/探月、高分辨对地观测、大型气冷堆/压水堆等重大专项关键型号提供了支撑。近5年累计销售收入超过1.4亿元，现已完成成果转化，投资1.6亿元建设了年产能数百吨的产业化公司，未来将向航空、汽车、体育器材、电子等民用领域拓展应用，产生更大经济效益。这表明以SiC/Al、B4C/Al等高性能铝基复合材料已具备较高技术成熟度，在突破国外技术封锁和垄断、满足国家重大需求方面产生了显著的社会与经济效益。

3、成果支撑(专利、获奖等)

上述成果在Acta Materialia、Composites Part A、Composites Part B等刊物发表学术论文47篇;申报国家发明专利23余项，获授权专利17项，获得软件著作权2项。成果获中国有色金属工业技术发明奖(一等)、中国颗粒学会科技进步一等奖。本成果及应用在央视4套、13套节目、人民网等主流媒体获报导。

声明：

“高性能铝基复合材料工程化制备技术” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)