CN103938035A - 一种高强度掺镓铝合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度掺镓铝合金的制备方法，所述铝合金含有下述重量百分比的组分：0.1～1.0％的Ga，3.0～5.0％的Cr，0.10～0.30％的Mg，0.01～0.10％的Cu，0.001～0.005％的Ti，0.001～0.005％的Zr，以及不可避免的杂质，余量为铝，通过配料、混合、压坯和热压烧结步骤，获得致密度高、孔隙少、晶粒细小，具有良好的综合机械性能的高强度掺镓铝合金。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金领域，具体的说，是涉及一种高强度掺镓铝合金的制备方法。
背景技术
铝基复合材料是金属基复合材料中最受注意的一类材料，颗粒增强铝基复合材料近年来受到极大重视，其增强体价格较低，而且在制备上可以利用现有的金属材料加工方法和设备，因而其材料成本大为降低。稀土掺杂的BaPbO3光子吸收微粉尺寸细小，无法制备出预制块，因而采用挤压铸造法是难以制备出复合材料的。铝铜系铸造铝合金由于其较好的时效硬化能力和热稳定性，被用做中温结构材料。属于这类典型材料有我国的ZL201与美国的242.0。ZL201铸造铝合金的主要化学成分及重量百分比为：Cu4.5～5.3％，Mn0.6～1.0％，Ti0.15～0.35％，其余为Al，其室温抗拉强度σb为363MPa，300℃时σb为118MPa：242.0铸造铝合金的主要化学成分及其重量百分比为：Cu3.5～4.5％，Mg1.2～1.8％，Ni1.7～2.3％，其余为铝，其室温抗拉强度σb为275MPa，300℃时σb为55MPa。因这两种铸造合金的室温及中温强度相对比较低，其主要应用于不超过150℃时的工作环境中。为此有必要进一步提高其力学性能，使合金具有较好的室温和中温抗拉强度。
而目前，在保证材料具有优良工艺性能、实用性能和低成本生产的前提下，铝合金高导材料的合金成分设计是获得材料的高强度、高性能的第一步，合金成分的设计不仅包括加入合金元素的种类和加入量，同时需要考虑加入合金元素的相互搭配，即加入合金元素的相互比例。为了对掺杂元素进一步选择，使其更好地发挥出改善铝合金性能的作用，尚需要很多工作和努力。
有研究表明，元素镓的加入可以使合金的金相形态发生明显变化，同时由于相形态的改变也引起了合金内元素的偏析方式出现新的特征，具体表现在各相的浓度差及其方向性的变化。由上述微观组织带来的变化，使铝合金能够显著提高各方面的性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度掺镓铝合金的制备方法，使用该方法能够明显增强铝合金的强度和使用寿命。
本发明采用的技术方案是：一种高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金含有下述重量百分比的组分：0.1～1.0％的Ga，3.0～5.0％的Cr，0.10～0.30％的Mg，0.01～0.10％的Cu，0.001～0.005％的Ti，0.001～0.005％的Zr，以及不可避免的杂质，余量为铝，所述制备方法，包括以下步骤；具体为，第一步：配料、混合：按照所述的重量百分比称取相应量的镓粉、铝粉、铬粉、镁粉、铜粉、钛粉和锆粉，进行配料，球磨混合均匀；第二步：压坯：将所述混好的粉料在室温下模压成型坯料；第三步：热压烧结：将所述成型坯料放在石墨模具中，然后将装有所述压坯料的所述石墨模具放入热压成型装置，以适当的升温速度进行加热，当温度达到650～700℃时保温，并开始施加压力，维持所述压力和保温温度3～5mins，然后随炉冷却至室温，最终得到铝合金产品。
所述配料步骤中，上述各组分的粉末粒度为：镓粉100～200目、锆粉400～600目、铬粉200～300目、镁粉200～300目、铜粉600～800目、钛粉400～600目。
所述热压烧结步骤中，以80～90℃/min的升温速度进行加热，施加的压力为30～40MPa。
所述最终得到铝合金产品的抗拉强度为650～750MPa，硬度为300～350HV。
本发明的优点是：通过配料、混合、压坯和热压烧结步骤，获得致密度高、孔隙少、晶粒细小，具有良好的综合机械性能的高强度掺镓铝合金，能够满足目前市场上对高强度铝合金的需求。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金含有下述重量百分比的组分：0.5％的Ga，3.0％的Cr，0.10％的Mg，0.01％的Cu，0.001％的Ti，0.005％的Zr，以及不可避免的杂质，余量为铝。首先，按照所述的重量百分比称取相应量的镓粉、铝粉、铬粉、镁粉、铜粉、钛粉和锆粉，进行配料，球磨混合均匀，且各组分的粉末粒度为：镓粉100目，铬粉400目、镁粉300目、铜粉600目、钛粉2000目、锆粉600目。将所述混好的粉料在室温下模压成型坯料。将所述成型坯料放在石墨模具中，然后将装有所述压坯料的所述石墨模具放入热压成型装置，以80℃/min的升温速度进行加热，当温度达到700℃时保温，并开始施加压力，施加的压力为30MPa，维持所述压力和保温温度5mins，然后随炉冷却至室温，最终得到铝合金产品的抗拉强度为650MPa，硬度为350HV。
实施例2：
高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金含有下述重量百分比的组分：1.0％的Ga，4.0％的Cr，0.20％的Mg，0.05％的Cu，0.001％的Ti，0.001％的Zr，以及不可避免的杂质，余量为铝。首先，按照所述的重量百分比称取相应量的镓粉、铝粉、铬粉、镁粉、铜粉、钛粉和锆粉，进行配料，球磨混合均匀，且各组分的粉末粒度为：镓粉200目，铬粉500目、镁粉200目、铜粉500目、钛粉400目、锆粉500目。将所述混好的粉料在室温下模压成型坯料。将所述成型坯料放在石墨模具中，然后将装有所述压坯料的所述石墨模具放入热压成型装置，以90℃/min的升温速度进行加热，当温度达到650℃时保温，并开始施加压力，施加的压力为40MPa，维持所述压力和保温温度3mins，然后随炉冷却至室温，最终得到铝合金产品的抗拉强度为750MPa，硬度为320HV。
实施例3：
高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金含有下述重量百分比的组分：0.1％的Ga，5.0％的℃r，0.30％的Mg，0.10％的Cu，0.005％的Ti，0.005％的Zr，以及不可避免的杂质，余量为铝。首先，按照所述的重量百分比称取相应量的镓粉、铝粉、铬粉、镁粉、铜粉、钛粉和锆粉，进行配料，球磨混合均匀，且各组分的粉末粒度为：镓粉100目，铬粉200目、镁粉200目、铜粉800目、钛粉600目、锆粉600目。将所述混好的粉料在室温下模压成型坯料。将所述成型坯料放在石墨模具中，然后将装有所述压坯料的所述石墨模具放入热压成型装置，以85℃/min的升温速度进行加热，当温度达到680℃时保温，并开始施加压力，施加的压力为35MPa，维持所述压力和保温温度4mins，然后随炉冷却至室温，最终得到铝合金产品的抗拉强度为700MPa，硬度为300HV。
对比例1：
将与本发明实施例组成成分相同的铝合金，在配料、混料和压坯后，将所述压坯料的保温温度提高到700℃以上或降低到650℃以下，并调整施加的压力大于40MPa或小于30MPa或不施加压力，保持同样的时间后随炉冷却至室温，最终得到铝合金产品的抗拉强度仅为500MPa，硬度仅为200HV。
对比例2：
改变本发明实施例铝合金的组成元素，以常规的Zn、Ni等元素替代镓元素，则采用同样的配料、混料、压坯和热压烧结步骤后，最终所得到的铝合金产品，其抗拉强度仅为450MPa，硬度仅为250HV。
由实施例1-3和对比例1和2可以看出，通过利用根据本发明实施例的一种高强度掺镓铝合金材料，通过配料、混合、压坯和热压烧结步骤，获得致密度高、孔隙少、晶粒细小，具有良好的综合机械性能的高强度掺镓铝合金。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金含有下述重量百分比的组分：0.1～1.0％的Ga，3.0～5.0％的Cr，0.10～0.30％的Mg，0.01～0.10％的Cu，0.001～0.005％的Ti，0.001～0.005％的Zr，以及不可避免的杂质，余量为铝，所述制备方法，包括以下步骤：第一步：配料、混合
按照所述的重量百分比称取相应量的镓粉、铝粉、铬粉、镁粉、铜粉、钛粉和锆粉，进行配料，球磨混合均匀；
第二步：压坯
将所述混好的粉料在室温下模压成型坯料；
第三步：热压烧结
将所述成型坯料放在石墨模具中，然后将装有所述压坯料的所述石墨模具放入热压成型装置，以适当的升温速度进行加热，当温度达到650～700℃时保温，并开始施加压力，维持所述压力和保温温度3～5mins，然后随炉冷却至室温，最终得到铝合金产品。
2.如权利要求1所述的一种高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述配料步骤中，上述各组分的粉末粒度为：镓粉100～200目、锆粉400～600目、铬粉200～300目、镁粉200～300目、铜粉600～800目、钛粉400～600目。
3.如权利要求1所述的一种高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述热压烧结步骤中，以80～90℃/min的升温速度进行加热，施加的压力为30～40MPa。
4.如权利要求1所述的一种高强度掺镓铝合金的制备方法，其特征在于：所述最终得到铝合金产品的抗拉强度为650～750MPa，硬度为300～350HV。
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