CN104233018B - 一种增强铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种增强铝合金，其特征在于，按重量百分比含量含有：Mg 4.5‑5.5％，Zn 2‑2.5％，Ti0.1‑0.2％，La 0.3‑0.4％，Pr 0.4‑0.45％，Nd 0.45‑0.55％，Y 0.4‑0.45％，Zr 0.2‑0.3％，Si 0.1‑0.3％，Mn 0.5‑0.6％，Cu 0.3‑0.4％，Nb 0.3‑0.4％，氮化硼纳米管颗粒1‑2％石墨烯1.5‑2％，碳化钨晶须1‑1.5％，Cr 0.1‑0.2％，Co 0.2‑0.3％，余量为Al。该合金的抗拉性能、屈服性能以及抗冲击性能均较现有技术有较大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，尤其是一种增强铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金作为金属材料中典型的轻质材料，具有强度高、轻质、韧性好等特点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金的需求日益增多，使铝合金的研究也随之深入。
中国专利CN102828075A涉及一种铝镁合金，该合金中加入了稀土Sm，改善了铝镁合金的显微组织，细化了球形晶粒，但是该合金仍难满足更高场合对铝合金的要求。
中国专利CN103924135A涉及一种Al-Mg-Si合金及其制备方法，该合金中加入了Si等元素，并且改进了熔炼方法，提高了合金的各种性能，该合金的应用场合仍受到较大局限。
中国专利CN103924175A涉及一种含Zn、Er铝合金，提高了铝基合金的耐腐蚀性能，后续加工性能好，但是该合金的强度和拉伸性能较差。
因此现有技术中铝合金仍然存在上述多种缺陷，需要进一步提高铝合金的各项性能，从而拓宽其应用领域，尤其是对铝合金要求较高的领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高、韧性好、拉伸性能好的铝合金。
为了达到此目的，本发明采用以下技术方案：
一种增强铝合金，其特征在于，按重量百分比含量含有：Mg 4.5-5.5％，Zn 2-2.5％，Ti0.1-0.2％，La 0.3-0.4％，Pr 0.4-0.45％，Nd 0.45-0.55％，Y 0.4-0.45％，Zr0.2-0.3％，Si 0.1-0.3％，Mn 0.5-0.6％，Cu 0.3-0.4％，Nb 0.3-0.4％，氮化硼纳米管颗粒1-2％石墨烯1.5-2％，碳化钨晶须1-1.5％，Cr 0.1-0.2％，Co 0.2-0.3％，余量为Al。
上述增强铝合金优选的组成为：
按重量百分比含量含有：Mg 5％，Zn 2.2％，Ti 0.15％，La 0.35％，Pr 0.42％，Nd0.5％，Y 0.43％，Zr 0.25％，Si 0.2％，Mn 0.55％，Cu 0.35％，Nb 0.35％，氮化硼纳米管颗粒1.5％石墨烯1.6％，碳化钨晶须1.3％，Cr 0.15％，Co 0.25％，余量为Al。
所述铝合金的制备方法如下：
(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；
(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至730℃以上，进行精炼；
(4)在模具中浇铸并冷却成型。
本发明的制备方法还可以包括现有技术中常见的热处理。
本发明具有以下优点：
四种稀土元素La、Pr、Nd、Y以及非稀土元素Nb的同时加入，改变了合金的微观组织结构，提高了铝合金的耐热性能，并且提高了其铸造性能。
创造性地加入氮化硼纳米管颗粒、石墨烯以及碳化钨晶须，提高了铝合金的综合力学性能。
Mn和Cu的加入进一步提高了铝合金的力学性能。
Co、Zr、Ti和Si等元素的加入优化了合金的组成，提高了其性能。
进一步优化了各种成分的比例，最大程度的提高了铝合金的力学性能。
优选，所述继续升高温度至800、900、1000、1100、1200℃。
具体实施方式
实施例1：
制备组分和重量百分比如下所示的铝合金：
Mg 4.5％，Zn 2％，Ti 0.1％，La 0.3％，Pr 0.4％，Nd 0.45％，Y 0.4％，Zr0.2％，Si 0.1％，Mn 0.5％，Cu 0.3％，Nb 0.3％，氮化硼纳米管颗粒1％石墨烯1.5％，碳化钨晶须1.5％，Cr 0.1％，Co 0.2％，余量为Al。
该铝合金通过如下步骤制备：
(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；
(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至730℃，进行精炼；
(4)在模具中浇铸并冷却成型。
对该合金进行室温下的力学性能测试，结果如表1所示。
实施例2：
制备组分和重量百分比如下所示的铝合金：
Mg 5.5％，Zn 2.5％，Ti 0.2％，La 0.4％，Pr 0.45％，Nd 0.55％，Y 0.45％，Zr0.3％，Si0.3％，Mn 0.6％，Cu 0.4％，Nb 0.4％，氮化硼纳米管颗粒2％石墨烯2％，碳化钨晶须1.5％，Cr 0.2％，Co 0.3％，余量为Al。
该铝合金通过如下步骤制备：
(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；
(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至750℃，进行精炼；
(4)在模具中浇铸并冷却成型。
对该合金进行室温下的力学性能测试，结果如表1所示。
实施例3：
制备组分和重量百分比如下所示的铝合金：
Mg 5％，Zn 2.2％，Ti 0.15％，La 0.35％，Pr 0.42％，Nd 0.5％，Y 0.43％，Zr0.25％，Si0.2％，Mn 0.55％，Cu 0.35％，Nb 0.35％，氮化硼纳米管颗粒1.5％石墨烯1.6％，碳化钨晶须1.3％，Cr 0.15％，Co 0.25％，余量为Al。
该铝合金通过如下步骤制备：
(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；
(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；
(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至740℃，进行精炼；
(4)在模具中浇铸并冷却成型。
对该合金进行室温下的力学性能测试，结果如表1所示。
表1：实施例1-3合金的力学性能
| 实施例 | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率 |
| 1 | 600 | 565 | 12.1％ |
| 2 | 611 | 578 | 13.5％ |
| 3 | 624 | 596 | 13.6％ |
从表1可以看出，本申请所制得的铝合金的抗拉强度、屈服强度以及延伸率均优于现有技术。
Claims (2)
1.一种增强铝合金，其特征在于，按重量百分比含量含有：Mg 4.5-5.5％，Zn 2-2.5％，Ti0.1-0.2％，La 0.3-0.4％，Pr 0.4-0.45％，Nd 0.45-0.55％，Y 0.4-0.45％，Zr 0.2-0.3％，Si0.1-0.3％，Mn 0.5-0.6％，Cu 0.3-0.4％，Nb 0.3-0.4％，氮化硼纳米管颗粒1-2％，石墨烯1.5-2％，碳化钨晶须1-1.5％，Cr 0.1-0.2％，Co 0.2-0.3％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的铝合金，其特征在于，按重量百分比含量含有：Mg 5％，Zn2.2％，Ti 0.15％，La 0.35％，Pr 0.42％，Nd 0.5％，Y 0.43％，Zr 0.25％，Si 0.2％，Mn0.55％，Cu0.35％，Nb 0.35％，氮化硼纳米管颗粒1.5％，石墨烯1.6％，碳化钨晶须1.3％，Cr 0.15％，Co 0.25％，余量为Al。
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| 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 |
Granted publication date: 20170215 |