CN103924129B - 一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103924129B CN103924129B CN201410152966.7A CN201410152966A CN103924129B CN 103924129 B CN103924129 B CN 103924129B CN 201410152966 A CN201410152966 A CN 201410152966A CN 103924129 B CN103924129 B CN 103924129B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- aluminum alloy
- ingot
- aluminium
- mishmetal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种快速凝固铝合金材料及其制备方法，该铝合金材料成分包含：6～10wt％的铁，2～6wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质；制备方法为：熔炼Al-Fe中间合金与Al-Re中间合金；以纯铝锭、Al-Fe中间合金及Al-Re中间合金熔炼后浇注冷却脱模得到包含6～10wt％铁与2～6wt％混合稀土的铝合金铸锭；将合金铸锭破碎清洗；喷射成形制备铝合金圆锭；对铝合金圆锭进行热压致密化，获得致密化的喷射沉积铝合金，即快速凝固铝合金材料。与现有技术相比，本发明制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳定性能，主要用于电池集流体材料，也可用于在高温腐蚀环境中使用的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，尤其是涉及一种快速凝固铝合金材料及其制备方法。
背景技术
钠硫电池是一种性能优异的二次电池，目前已经成为最有发展前景的静态储能电池之一，近年来在包括日本、美国、欧洲的电力系统中的应用得到快速发展，并且在输配电系统的有、无功支持以及多功能电能储存系统中有巨大的应用前景。
虽然钠硫电池近年来发展非常迅速，但也面临着很多的瓶颈和技术难点，其中硫电极容器的选择就是非常关键的一项。钠硫电池硫极容器的腐蚀是引起电池性能下降、影响电池寿命的重要因素之一。电池硫极中熔融的硫及反应产物多硫化钠具有强腐蚀性，它与金属容器能反应形成结构松散的金属硫化物，影响电池的物理及化学性能，造成电池性能退化。钠硫电池通常采用中心钠结构来获得更高的比能量密度，这样电池壳体材料又同时充当硫极的集流体，这就要求硫极集流体／壳体材料具备以下性能：1、优异的抗腐蚀性能以及长期的化学稳定性；2、足够高的电子电导率；3、对多硫化钠润湿性好，而对硫不润湿；4、足够的机械强度以及良好的可加工性；5、质量尽可能小，成本尽可能低。
目前国内生产的钠硫电池采用的是不锈钢作为硫极容器兼集流体。虽然不锈钢的高温强度较好，导电性及耐腐蚀性均暂时能满足要求。但是，不锈钢作为硫极集流体也面临许多问题：不锈钢价格较为昂贵导致成本较高，且质量大不利于钠硫电池大规模的组装、搬运。同时作为电池的集流体，厚重的不锈钢电阻率在300～350℃的工作温度下也还是偏高，导热性与导电性都有待提高。
因此，我们迫切需要在300～350℃环境下具有良好的高温力学性能、能耐硫及多硫化合物的腐蚀、具有良好导电率的金属材料作为硫极集流体材料，并且质量较小便于组装运输，同时易加工成本低廉。
金属铝是一种集流体的理想材料，它不仅价格便宜、质量轻(密度只有2.3g·cm-3)、易加工成型，导电性也非常好(在350℃时其电阻率为ρ=6.4×10-6Ωcm)。铝在硫及硫化物腐蚀后生成一层薄而致密的Al2S3保护膜，所以耐腐蚀性能优良。因此，以铝作为硫极集流体的材料，并在其表面制备耐腐蚀涂层将会使硫极容器具有很好的耐腐蚀性能，保证一定的高温力学性能，同时具有较低的电阻率，并且满足钠硫电池轻量化的要求，这将是一种很有发展前景的技术。
想要提高铝合金的耐热性能，合金中必须能够形成大量弥散分布并且具有热稳定性的析出相。由于过渡族金属元素和斓系元素合金元素在液态时固溶度高，固态时固溶度非常低并有较低的扩散系数，因此通过快速凝固技术能够有效提高这些元素在铝中的极限固溶度，在合金中能形成足够数量的弥散颗粒，形成耐热铝合金。
喷射成形是一种快速凝固技术，其特点是能够把金属的雾化过程与成型过程结合在一起，实现了大尺寸的快速凝固材料的一次成型，直接从液态金属中制取具有快速凝固组织、整体致密的高性能材料。由于喷射成形工艺大大提高了制坯过程中材料的冷却速度，因此采用喷射成形工艺制备的材料与采用传统的铸造或铸造变形加工工艺制备的材料相比，其组织明显细化、析出相更加细小且分布更弥散，并且偏析得到了有效控制，从而大幅度地提高了合金的各项力学性能，与传统的快速凝固粉末冶金工艺相比，可以直接形成成品或者半成品，省去了粉末制备、储存运输、烧结等多道生产工序，因此能有效地减少材料的氧化，并且将材料的制备成本大幅度降低。喷射成形工艺制备Al-Fe系耐热铝合金，具有避免粉末冶金过程中的氧化、工艺复杂、成本高等问题，是制备Al-Fe系合金的一种非常有潜力的方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好高温力学性能和良好的耐腐蚀性能的快速凝固铝合金材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种快速凝固铝合金材料，该铝合金材料成分包含：6～10wt％的铁，2～6wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质，按元素组成表示为Al-(6～10)Fe-(2～6)Re；其中Re表示混合稀土。所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La32～33wt％、Ce62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。
作为优选，该铝合金材料成分包含：8wt％的铁，4wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质，按元素组成表示为Al-8Fe-4Re。
作为优选，所述的混合稀土成分包含：La32.6wt％、Ce62.6wt％、O1.6wt％、F0.3wt％、Fe0.54wt％、Al0.39wt％、Mg0.24wt％、P0.17wt％、Cl0.16wt％、Zn0.12wt％及不可避免的杂质。
一种快速凝固铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)由于铁的熔点较高，稀土金属在提炼过程中也容易氧化，所以为减少元素烧损及氧化，首先以纯铝锭和纯铁棒为原料使用中频感应炉熔炼Al-Fe中间合金，其中Al-Fe中间合金中Fe的含量为20wt％；以纯铝锭和混合稀土为原料使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-Re中间合金，Re表示混合稀土，Al-Re中间合金中Re的含量为10wt％；
所述的纯铝锭为纯度不低于99.95wt％的工业级铝锭，所述的纯铁棒为铁含量不低于99.99wt％的直径为5mm的工业纯铁棒，所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La32～33wt％、Ce62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质；
(2)按6～10wt％的铁，2～6wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质的成分配比，取纯铝锭、Al-Fe中间合金于中频感应炉中，熔化后再加入Al-Re中间合金，混合均匀，之后浇注冷却脱模得到包含6～10wt％铁与2～6wt％混合稀土的铝合金铸锭；
(3)铝合金铸锭清洗：将熔炼得到的铝合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗，取出后晾干待用；
(4)喷射成形制备铝合金圆锭：将步骤(3)中清洗得到的块体合金中频感应加热至1100～1300℃，使其融化，然后以N2为雾化气体，在雾化压强为0.8～1.5Mpa下，喷射成形制备铝合金圆锭，具体过程如下：
将步骤(3)中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中，其中坩埚使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流管，对块体合金进行中频感应加热至1100～1300℃，使块体合金融化，融化后的熔体在惰性气体保护下，通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形，雾化气体为N2，雾化压强为0.8～1.5Mpa，熔体在导流管内质量流率为1.7～1.8kg/min，雾化距离为400～500mm，在雾化的同时，底部沉积盘以每分钟45～120转的转速旋转，熔体沉积在底部沉积盘上，得到铝合金圆锭；
(5)热压致密化：对步骤(4)得到的铝合金圆锭进行热压致密化，热压致密化的加压方式为单向加压，热压压强设置为300-500Mpa，热压温度为250-450℃，保温时间1-3h，获得致密化的喷射沉积铝合金，即快速凝固铝合金材料。
对制备得到的快速凝固铝合金材料进行性能检测，包括：(1)致密度检测；(2)硬度测试；(3)热暴露测试；(4)组织形貌研究。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明采用金属铝作为硫极集流体材料，它不仅价格低廉、易加工成型、质轻，电导率也非常高。
(2)由于镧-铈混合稀土在铝基体中有小的溶解度和低的扩散速度，而且能形成高体积分数的二元和三元金属间化合物，起弥散强化作用，使合金具有较高的强度和热稳定性，因此本发明在设计合金成分时，加入斓-铈混合稀土，利用过镀族金属元素和斓系元素在液态时固溶度高，固态时固溶度非常低并有较低的扩散系的特性，通过快速凝固技术能够有效提高斓-铈混合稀土元素在铝中的极限固溶度，在合金中能形成足够数量的弥散颗粒，制备获得耐热铝合金。
(3)本发明采用喷射成型技术制备包含6～10wt％铁与2～6wt％混合稀土的铝合金材料，将金属的雾化过程与成型过程相结合，实现大尺寸快速凝固材料的一次成型，直接从液态金属中制取具有快速凝固组织、整体致密的高性能材料。
(4)本发明首先制备Al-Fe中间合金与Al-Re中间合金，然后再以Al-Fe中间合金与Al-Re中间合金为原料制备包含6～10wt％的铁、2～6wt％的混合稀土、余量为铝的铝合金，这种工艺的优点在于能够更好的向Al中加入Fe与Re，以防止Fe与Re的烧损与氧化。
(5)本发明采用喷射成形工艺制备包含6～10wt％的铁、2～6wt％的混合稀土、余量为铝的铝合金，避免粉末氧化、工艺简单且成本低。
(6)本发明制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳定性能，主要用于电池集流体材料，也可用于在高温腐蚀环境中使用的设备。
附图说明
图1为本发明中喷射成形使用设备的结构示意图；
图2为铸态Al-8Fe-4Re合金的SEM图；
图3为热压致密化的喷射成形Al-8Fe-4Re合金SEM图；
图4为3003铝合金、铸态Al-8Fe-4Re合金及喷射成形Al-8Fe-4Re合金的硬度-热暴露时间曲线；
图5为喷射成形Al-8Fe-4Re合金的高温XRD图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将纯度不低于99.5wt％的纯铝锭、纯铁棒以及块状镧-铈混合稀土(成分见表1)以适量的质量百分比配制成分为Al-20Fe、Al-10Re中间合金，各计5公斤；使用中频感应炉熔炼Al-20Fe中间合金，使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-10Re中间合金。然后按照Al-8Fe-4Re的成分配比，取适量的纯铝锭、Al-Fe中间合金置于中频感应炉中，熔化后再加入Al-Re中间合金，并电磁搅拌混合均匀，之后浇注冷却脱模得到铸态Al-8Fe-4Re合金，SEM图如图2所示。将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备(如图1所示)的坩埚中，中频感应加热至熔体温度为1100-1200℃，N2雾化压强为1.3Mpa，制备得到喷射沉积态Al-8Fe-4Re合金。使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流，导流管直径为3mm，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，熔体质量流率经过测算约为1.78kg／min，雾化距离为400mm，底部沉积盘转速为每分钟45转，喷射沉积态Al-8Fe-4Re合金，高温XRD图如图5所示。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化，加压方式为单向加压，热压压强设置为500Mpa，热压温度为250℃，保温时间2h，获得致密化的热压态Al-8Fe-4Re合金，SEM图如图3所示。
本实施例中喷射成形使用设备的结构如图1所示，腔体1的顶部外由上到下依次设有感应加热坩埚4与中间包5，感应加热坩埚4与中间包5的外侧设有保护气氛罩3，中间包5的出口接导流管6，导流管6的出口处设有双层非限制式气流雾化喷嘴7，导流管6的出口端位于双层非限制式气流雾化喷嘴7的中间，双层非限制式气流雾化喷嘴7与雾化器管路2连接，导流管6与双层非限制式气流雾化喷嘴7之间为分离式配合方式，底部沉积盘10设在腔体1内部，熔融金属在感应加热坩埚4中感应加热后，倾倒入中间包5，经过导流管6被双层非限制式气流雾化喷嘴7雾化，雾化金属8进入到腔体1内后，沉积在底部沉积盘10上，形成沉积坯圆锭9。
表1镧-铈混合稀土成分组成
本实施例在不同工艺下得到的Al-8Fe-4Re合金的材料性能如表2～表4所示。
表2不同制备工艺的Al-8Fe-4Re合金的致密度
表3不同合金的硬度值(载荷2kg)
表4不同合金的高温力学性能
从表2与表3可以看出经过喷射沉积与热压后得到的Al-8Fe-4Re合金具有更大的致密度与密度，且材料的硬度更高，本实施例得到的Al-8Fe-4Re合金硬度比常见的3003铝合金硬度高2倍以上。
从表4可以看出，在钠硫电池的工作温度下，铸态Al-8Fe-4Re合金的韧性较差，严重割裂基体导致力学性能下降。而通过喷射成形制备的Al-8Fe-4Re合金能达到115.2Mpa，不论抗拉强度还是延伸率都比铸态合金得到了提升，说明强度与塑性都得到了提高。日本NGK使用的3003铝合金在350℃温度下的抗拉强度为78Mpa，喷射成形Al-8Fe-4Re合金比其抗拉强度要高出很多。
常见的3003铝合金与铸态Al-8Fe-4Re合金、喷射沉积态Al-8Fe-4Re合金的硬度-热暴露时间曲线如图4所示，图4中可见在同样的暴露状态下，喷射沉积态Al-8Fe-4Re合金具有更高的硬度。
实施例2
将纯度不低于99.5wt％的纯铝锭、纯铁棒以及块状镧-铈混合稀土以适量的质量百分比配制成分为Al-20Fe、Al-10Re的中间合金，各计5公斤；使用中频感应炉熔炼Al-20Fe中间合金，使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-10Re中间合金。然后按照Al-8Fe-4Re的成分配比，取适量的Al-Fe中间合金置于中频感应炉中，熔化后再加入Al-Re中间合金，并电磁搅拌混合均匀，之后浇注冷却脱模得到铸造Al-8Fe-4Re合金铸锭。将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备的坩埚中，中频感应加热至熔体温度为1100-1200℃，N2雾化压强为1.3Mpa，制备Al-8Fe-4Re合金。使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流，导流管直径为3mm，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，熔体质量流率经过测算约为1.78kg／min，雾化距离为450mm，底部沉积盘转速为每分钟90转。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化，加压方式为单向加压，热压压强设置为500Mpa，热压温度为300℃，保温时间1.5h，获得致密化的喷射沉积Al-8Fe-4Re合金。
本实施例在不同工艺下得到的Al-8Fe-4Re合金的材料性能如表5～表6所示。
表5不同合金的硬度值(载荷2kg)
表6不同合金的高温力学性能
从表5与表6看出，本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳定性能。
实施例3
将纯度不低于99.5wt％的纯铝锭、纯铁棒以及块状镧-铈混合稀土以适量的质量百分比配制成分为Al-20Fe、Al-10Re中间合金，各计5公斤；使用中频感应炉熔炼Al-20Fe中间合金，使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-10Re中间合金。然后按照Al-8Fe-4Re的成分配比，取适量的Al-Fe中间合金置于中频感应炉中，熔化后再加入Al-Re中间合金，并电磁搅拌混合均匀，之后浇注冷却脱模得到铸造Al-8Fe-4Re合金铸锭。将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备的坩埚中，中频感应加热至熔体温度为1200-1300℃，N2雾化压强为1.1Mpa，制备Al-8Fe-4Re合金。使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流，导流管直径为3mm，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，熔体质量流率经过测算约为1.78kg／min，雾化距离为500mm，底部沉积盘转速为每分钟120转。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化，加压方式为单向加压，热压压强设置为500Mpa，热压温度为350℃，保温时间1h，获得致密化的喷射沉积Al-8Fe-4Re合金。
本实施例在不同工艺下得到的Al-8Fe-4Re合金的材料性能如表7～表8所示。
表7不同合金的硬度值(载荷2kg)
表8不同合金的高温力学性能
从表7与表8看出，本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳定性能。
实施例4
一种快速凝固铝合金材料，该铝合金材料成分包含：6wt％的铁，2wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质，按元素组成表示为Al-6Fe-2Re；其中Re表示混合稀土。混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La32wt％、Ce62wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。
上面的快速凝固铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以纯铝锭和纯铁棒为原料使用中频感应炉熔炼Al-Fe中间合金，其中Al-Fe中间合金中Fe的含量为20wt％；以纯铝锭和混合稀土为原料使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-Re中间合金，Re表示混合稀土，Al-Re中间合金中Re的含量为10wt％；
纯铝锭为纯度不低于99.95wt％的工业级铝锭，纯铁棒为铁含量不低于99.99wt％的直径为5mm的工业纯铁棒；
(2)按6wt％的铁，2wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质的成分配比，取纯铝锭、Al-Fe中间合金于中频感应炉中，熔化后再加入Al-Re中间合金，混合均匀，之后浇注冷却脱模得到包含6wt％铁与2wt％混合稀土的铝合金铸锭；
(3)铝合金铸锭清洗：将熔炼得到的铝合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗，取出后晾干待用；
(4)喷射成形制备铝合金圆锭：将步骤(3)中清洗得到的块体合金中频感应加热至1100℃，使其融化，然后以N2为雾化气体，在雾化压强为0.8Mpa下，喷射成形制备铝合金圆锭，具体过程如下：
将步骤(3)中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中，其中坩埚使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流管，导流管直径为3mm，对块体合金进行中频感应加热至1100℃，使块体合金融化，融化后的熔体在惰性气体保护下，通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形，雾化气体为N2，雾化压强为0.8Mpa，熔体在导流管内质量流率为1.7kg／min，雾化距离为400mm，在雾化的同时，底部沉积盘以每分钟45转的转速旋转，熔体沉积在底部沉积盘上，得到铝合金圆锭；
(5)热压致密化：对步骤(4)得到的铝合金圆锭进行热压致密化，热压致密化的加压方式为单向加压，热压压强设置为300Mpa，热压温度为250℃，保温时间1h，获得致密化的喷射沉积铝合金，即快速凝固铝合金材料。
本实施例在不同工艺下得到的Al-6Fe-2Re合金的材料性能如表9～表10所示。
表9不同合金的硬度值(载荷2kg)
表10不同合金的高温力学性能
从表9与表10看出，本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳定性能。
实施例5
一种快速凝固铝合金材料，该铝合金材料成分包含：10wt％的铁，4wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质，按元素组成表示为Al-10Fe-4Re；其中Re表示混合稀土。混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La33wt％、Ce63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。
上述快速凝固铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先以纯铝锭和纯铁棒为原料使用中频感应炉熔炼Al-Fe中间合金，其中Al-Fe中间合金中Fe的含量为20wt％；以纯铝锭和混合稀土为原料使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-Re中间合金，Re表示混合稀土，Al-Re中间合金中Re的含量为10wt％；
(2)按10wt％的铁，4wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质的成分配比，取纯铝锭、Al-Fe中间合金于中频感应炉中，熔化后再加入Al-Re中间合金，混合均匀，之后浇注冷却脱模得到包含10wt％铁与4wt％混合稀土的铝合金铸锭；
(3)铝合金铸锭清洗：将熔炼得到的铝合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗，取出后晾干待用；
(4)喷射成形制备铝合金圆锭：将步骤(3)中清洗得到的块体合金中频感应加热至1300℃，使其融化，然后以N2为雾化气体，在雾化压强为1.5Mpa下，喷射成形制备Al-10Fe-4Re铝合金圆锭，具体过程如下：
将步骤(3)中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中，其中坩埚使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流管，导流管直径为3mm，对块体合金进行中频感应加热至1300℃，使块体合金融化，融化后的熔体在惰性气体保护下，通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形，雾化气体为N2，雾化压强为1.5Mpa，熔体在导流管内质量流率为1.8kg/min，雾化距离为500mm，在雾化的同时，底部沉积盘以每分钟120转的转速旋转，熔体沉积在底部沉积盘上，得到Al-10Fe-4Re铝合金圆锭；
(5)热压致密化：对步骤(4)得到的Al-10Fe-4Re铝合金圆锭进行热压致密化，热压致密化的加压方式为单向加压，热压压强设置为500Mpa，热压温度为350℃，保温时间2h，获得致密化的喷射沉积Al-10Fe-4Re铝合金，即快速凝固铝合金材料。
本实施例在不同工艺下得到的Al-10Fe-4Re合金的材料性能如表11～表12所示。
表11不同合金的硬度值(载荷2kg)
表12不同合金的高温力学性能
从表11与表12看出，本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳定性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种快速凝固铝合金材料的制备方法，其特征在于，该铝合金材料成分包含：6～10wt％的铁，2～6wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质；
所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La32～33wt％、Ce62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质；
该方法包括以下步骤：
(1)以纯铝锭和纯铁棒为原料熔炼Al-Fe中间合金，其中Al-Fe中间合金中Fe的含量为20wt％；以纯铝锭和混合稀土为原料熔炼Al-Re中间合金，Re表示混合稀土，Al-Re中间合金中Re的含量为10wt％；
(2)取纯铝锭、Al-Fe中间合金于中频感应炉中，熔化后再加入Al-Re中间合金，混合均匀，之后浇注冷却脱模得到包含6～10wt％铁与2～6wt％混合稀土的铝合金铸锭；
(3)铝合金铸锭清洗：将熔炼得到的铝合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗，取出后晾干待用；
(4)喷射成形制备铝合金圆锭：将步骤(3)中清洗得到的块体合金中频感应加热至1100～1300℃，使其融化，然后以N2为雾化气体，在雾化压强为0.8～1.5Mpa下，喷射成形制备铝合金圆锭；
(5)热压致密化：对步骤(4)得到的铝合金圆锭进行热压致密化，热压致密化的加压方式为单向加压，热压压强设置为300～500Mpa，热压温度为250～450℃，保温时间1～3h，获得致密化的喷射沉积铝合金，即快速凝固铝合金材料。
2.根据权利要求1所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的纯铝锭为纯度不低于99.95wt％的工业级铝锭，所述的纯铁棒为铁含量不低于99.99wt％的直径为5mm的工业纯铁棒，所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La32～33wt％、Ce62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中使用中频感应炉熔炼Al-Fe中间合金，使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-Re中间合金。
4.根据权利要求1所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中喷射成形制备铝合金圆锭的具体过程如下：
将步骤(3)中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中，其中坩埚使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流管，对块体合金进行中频感应加热至1100～1300℃，使块体合金融化，融化后的熔体在惰性气体保护下，通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形，雾化气体为N2，雾化压强为0.8～1.5Mpa，熔体在导流管内质量流率为1.7～1.8kg/min，雾化距离为400～500mm，在雾化的同时，底部沉积盘以每分钟45～120转的转速旋转，熔体沉积在底部沉积盘上，得到铝合金圆锭。
5.根据权利要求1所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法，其特征在于，该铝合金材料成分包含：8wt％的铁，4wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述的混合稀土成分包含：La32.6wt％、Ce62.6wt％、O1.6wt％、F0.3wt％、Fe0.54wt％、Al0.39wt％、Mg0.24wt％、P0.17wt％、Cl0.16wt％、Zn0.12wt％及不可避免的杂质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410152966.7A CN103924129B (zh) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410152966.7A CN103924129B (zh) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103924129A CN103924129A (zh) | 2014-07-16 |
| CN103924129B true CN103924129B (zh) | 2016-05-18 |
Family
ID=51142518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410152966.7A Expired - Fee Related CN103924129B (zh) | 2014-04-16 | 2014-04-16 | 一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103924129B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107841659A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-27 | 黄林海 | 一种高强度耐腐蚀铝合金复合材料的制备方法 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105024041B (zh) * | 2015-07-14 | 2017-09-12 | 北京航空航天大学 | 一种基于氧‑金属电池的活化金属电极 |
| CN105177365A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-12-23 | 合肥市田源精铸有限公司 | 一种新型铝合金材料 |
| EP3819392A4 (en) * | 2018-07-02 | 2021-05-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ALUMINUM ALLOY MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING ALUMINUM ALLOY MATERIAL |
| WO2020081255A1 (en) * | 2018-10-17 | 2020-04-23 | Arconic Inc. | Aluminum alloys having iron and rare earth elements |
| CN110527881B (zh) * | 2019-04-23 | 2021-10-01 | 华南理工大学 | 一种快速凝固高性能高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金及其制备方法 |
| CN111266586A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-06-12 | 合肥尚德新材料有限公司 | 一种制备大尺寸高致密度含稀土ito铝靶材的方法 |
| CN116574952B (zh) * | 2023-03-13 | 2024-01-16 | 国瑞科创稀土功能材料(赣州)有限公司 | 一种V-Al-RE中间合金及制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4379719A (en) * | 1981-11-20 | 1983-04-12 | Aluminum Company Of America | Aluminum powder alloy product for high temperature application |
| JPH10298684A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-10 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 強度、耐摩耗性及び耐熱性に優れたアルミニウム基合金−硬質粒子複合材料 |
| CN100519008C (zh) * | 2007-12-11 | 2009-07-29 | 中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院 | 一种提高喷射成形高速钢柱状沉积坯密度的工艺方法 |
| CN101338391B (zh) * | 2008-08-11 | 2012-05-23 | 北京航空航天大学 | 一种具有高强度高延韧性快速凝固块体铝合金及其制备方法 |
-
2014
- 2014-04-16 CN CN201410152966.7A patent/CN103924129B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107841659A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-27 | 黄林海 | 一种高强度耐腐蚀铝合金复合材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103924129A (zh) | 2014-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103924129B (zh) | 一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 | |
| WO2022000864A1 (zh) | 一种铜钛50中间合金及其使用磁悬浮熔炼工艺制备的方法 | |
| CN110125383B (zh) | 高纯铁铬铝合金粉末的制造方法 | |
| WO2018121688A1 (zh) | 一种利用等离子体制备球形3d打印粉的方法 | |
| CN103921493B (zh) | 一种铝合金基体/NiAl涂层复合材料及其制备方法 | |
| CN101020973B (zh) | 多元相增强金属复合材料制造工艺及设备 | |
| WO2019024421A1 (zh) | 一种制备靶材的方法和靶材 | |
| CN108500280B (zh) | 铜铟镓合金粉末制备装置及方法 | |
| CN103667837A (zh) | 一种纳米TiF3催化的高容量贮氢合金及其制备方法 | |
| CN103924130B (zh) | 一种铝合金/316l不锈钢涂层复合材料及其制备方法 | |
| CN105112746B (zh) | 一种高强Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Ce‑Y‑Er‑La‑Sc变形铝合金及其制备方法 | |
| CN103695753A (zh) | 一种高容量RE-Mg-Ni-Co基贮氢合金及其制备方法 | |
| TW201219132A (en) | Potassium/molybdenum composite metal powders, powder blends, products thereof, and methods for producing photovoltaic cells | |
| WO2013000147A1 (zh) | 铜铬触头及其制备方法 | |
| CN106747468B (zh) | 用于气雾化钛及钛合金粉末的导液管材料及其制备方法 | |
| CN102560182A (zh) | CuCrZr合金在大气中的熔炼方法及其设备 | |
| CN200971378Y (zh) | 制造多元相增强金属复合材料的设备 | |
| CN201455232U (zh) | 一种非真空条件下制备块体非晶的设备 | |
| CN103633339B (zh) | 一种纳米CeO2催化的高容量RE-Mg-Ni基贮氢合金及其制备方法 | |
| CN105679560A (zh) | 一种镀镍石墨烯增强银基电触头材料的制备方法 | |
| CN102703862A (zh) | 一种铜镓/铜铟镓管状阴极靶材的成型方法 | |
| CN107620004A (zh) | 一种Fe‑Mn‑Al系列合金的粉末冶金制备方法 | |
| CN105755302A (zh) | 一种高性能储氢合金及其制备方法 | |
| CN103498089A (zh) | 一种燃料电池用高容量贮氢合金及其制备方法 | |
| CN1121729C (zh) | 碱性电池用高比能无汞合金锌粉和其制备方法及其所用装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160518 Termination date: 20200416 |