CN106488992B - 一种高强度可溶解铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种高强度可溶解铝合金及其制备方法。为了解决现有可溶解材料强度较低的问题，本发明提供一种高强度可溶解铝合金材料及其制备方法。所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝和功能金属的添加量为：铝60‑99wt.％；功能金属0.9‑39.9wt.％；所述金属氧化物的添加量为：0.01‑11wt.％。该高强度可溶解铝合金能够在服役期间满足高机械强度的使用要求，又能在服役完成后迅速降解。且该材料制备方法简单，成本低，易于进行规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种高强度可溶解铝合金及其制备方法。
背景技术
在油田开采过程中，通常需要大量井下工具，最为理想的状况就是这些工具既能在服役期间满足使用要求，又能在失效后迅速降解，保持井筒畅通，避免了回收构件时浪费资源的问题。此外，有些工具须在井下存在的高温、高压工况下服役，这就要求其不但可溶，还必须具有高的机械强度，以满足一定的承压要求。因此，研制一种高强度可溶解材料以制备油田井下开采工具成为目前急需解决的技术难题。
目前常见的可溶解材料主要为有机高分子材料，但其无法承受高温、高压等压裂要求，而且须在光照等特殊条件下使用，对压裂环境要求苛刻。此外，近年来研发的用于生物领域的可溶解无机材料，如镁合金、生物陶瓷等材料溶解速度缓慢，而且要有一定的生物环境，也无法满足压裂需求。
美国专利US 2007/0181224A1(公开日为2007年8月9日)中公开了一种组合物，该组合物包括占主要比例的一种或多种活性金属，以及占少量比例的一种或多种合金化产物。主要包含元素周期表第I和II族中的金属及合金化产物，例如，功能合金镓(Ga)、铟(In)、锌(Zn)、铋(Bi)和铝(Al)。该组合物的特征在于其在特定的条件下可控制其活性和可降解，但是由于材料具有很强的金属特性，抗压强度仅能达到几十MPa。类似地，中国专利200910130736.X(公开日为2009年10月21日)中也采用以上几种金属及合金化合物的熔体或粉末，得到可溶性合金，但并未涉及机械性能。
油田井下工具如可溶桥塞卡瓦支撑部分对机械强度要求较高(500-600MPa)，因此，非常希望设计开发出一种兼具高机械性能与可溶性能的材料。
发明内容
为了解决现有可溶解材料强度较低的问题，本发明提供一种高强度可溶解铝合金材料及其制备方法。该高强度可溶解铝合金能够在服役期间满足高机械强度的使用要求，又能在服役完成后迅速降解。且该材料制备方法简单，成本低，易于进行规模化生产。
为了实现此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝和功能金属的添加量为：铝60-99wt.％；功能金属0.9-39.9wt.％；所述金属氧化物的添加量为：0.01-11wt.％。
进一步的，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝的添加量为98-99wt.％；所述功能金属和金属氧化物的添加量为：1-2wt.％。其中：Sn含量为0.1-0.2wt.％，Si含量为0-0.1wt.％，Mn含量为0.1-0.2wt.％，Mg含量为0-0.2wt.％，Ga含量为0.1wt.％，In含量为0.1wt.％，Zn含量为0-0.1wt.％；所述金属氧化物的重量百分含量为0.2-1.6％。
进一步的，所述功能金属选自以下组中的一种，或两种、或两种以上的合金：镓(Ga)、锰(Mn)、铟(In)、铋(Bi)、锡(Sn)、镁(Mg)、锌(Zn)和硅(Si)。
铝和功能金属的合金称为铝合金。
进一步的，所述的高强度可溶解铝合金中，所述铝和功能金属的添加量为：Al含量为60-99wt.％，Sn含量为0.1-20wt.％，Si含量为0-10wt.％，Mn含量为0.1-10wt.％，Mg含量为0-10wt.％，Ga含量为0.1-15wt.％，In含量为0.1-10wt.％，Zn含量为0-8wt.％。
进一步的，所述金属氧化物的重量百分含量为0.01％、1％、3％、5％、7％、或11％。
进一步的，所述金属氧化物MxOy中的金属M的活性低于金属铝的活性。
进一步的，所述的高强度可溶解铝合金中，所述金属氧化物MxOy选自能与铝发生铝热反应的金属氧化物中的一种或至少两种的混合物。
进一步的，所述铝的添加量为87wt.％，所述金属氧化物的添加量为3wt.％。
在上述高强度可溶解铝合金的制备过程中，添加一种或多种金属氧化物MxOy至铝或铝合金熔体中；在铝或铝合金熔体中发生3MxOy+2yAl→yAl2O3+3xM反应，生成物金属M单质溶解在铝合金熔体中，Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中，形成高强度可溶解合金。
进一步的，所述的高强度可溶解铝合金中，所述金属氧化物MxOy选自以下组中的一种或两种或两种以上的组合：三氧化二铬(Cr2O3)、三氧化钼(MoO3)、二氧化锰(MnO2)、五氧化二钒(V2O5)、五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化镍(NiO)、氧化钨(WO3)、和二氧化硅(SiO2)。
进一步的，所述的高强度可溶解铝合金中，所述金属氧化物自选二氧化钛(TiO2)，三氧化二铬(Cr2O3)，或三氧化钼(MoO3)中的一种。
进一步的，所述的高强度可溶解铝合金中，所述金属氧化物的重量百分含量为1％-11％；所述Al的含量为60-87wt.％。
进一步的，所述的高强度可溶解铝合金中，所述铝和功能金属的成分配比为：Al：60-87wt.％，Sn：3.0-13wt.％，Si：0.1-2.0wt.％，Mn：0.2-1.5wt.％，Mg：1.0-4.0wt.％，Ga：0.1-12wt.％，In：0.3-5.5wt.％，Zn：0.3-1.5wt.％；所述金属氧化物的添加量为1-11wt.％。
进一步的，所述的高强度可溶解铝合金中，所述铝和功能金属的添加量为：Al：87wt.％，Sn：8.0wt.％，Si：0.1wt.％，Mn：0.2wt.％，Mg：1.0wt.％，Ga：0.1wt.％，In：0.3wt.％，Zn：0.3wt.％；所述金属氧化物的添加量为3wt.％。
本发明还提供一种制备权利所述的高强度可溶解铝合金的方法，所述方法包括下述步骤：
(1)首先熔炼铝熔体，熔炼温度为660-1000℃；
(2)按原料配比在铝熔体中加入功能金属；
(3)除渣、除气后加入高温预热的金属氧化物；
(4)搅拌，使合金成分均匀；待合金化过程完成，采用浇铸工艺制备工件产品。
进一步的，上述制备高强度可溶解铝合金的方法，包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质
将铝锭放入熔化炉，升温至660-1000℃，使之熔融成为铝熔体；
(2)加入功能金属，与铝基质熔炼形成铝合金，步骤(2)包括质量配比、熔炼、搅拌过程。
按重量百分比在步骤(1)所得铝熔体中加入功能金属，充分搅拌，在660-1000℃保温0.5-2小时，使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体。
(3)除渣除气处理
将步骤(2)所得合金熔体加入消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化，步骤(3)所述消泡剂组成成分为聚醚改性硅，加入量为步骤(2)所得铝合金熔体总重的0.2-1.0wt.％；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将金属氧化物在200-300℃下预热1-3小时，并将合金熔体降温至680-700℃，然后选择金属氧化物中的一种或多种添加到合金熔体中，充分搅拌，在660-1000℃保温0.5-2小时；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料工件。
进一步的，上述制备高强度可溶解铝合金的方法，包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质
将铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为铝熔体；
(2)加入功能金属，与铝基质熔炼形成铝合金，步骤(2)包括质量配比、熔炼、搅拌过程。
按重量百分比在步骤(1)所得铝熔体中加入功能金属，充分搅拌，在760℃保温0.5小时，使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体。
(3)除渣除气处理
将步骤(2)所得合金熔体加入消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化，步骤(3)所述消泡剂组成成分为聚醚改性硅，加入量为步骤(2)所得铝合金熔体总重的0.2-1.0wt.％；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将金属氧化物在300℃下预热1小时，并将合金熔体降温至690℃，然后选择金属氧化物中的一种或多种添加到合金熔体中，充分搅拌，在800℃保温0.5小时；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料工件。
进一步的，步骤(5)所述模具可以是直径15-120mm的球形模具，也可以是直径15-120mm×长15-1000mm的圆柱体形模具。
术语，本申请中，铝是指铝金属单质原料，铝合金指包括功能金属的合金，高强度可溶解铝合金指含有Al2O3颗粒的铝合金。功能金属指以金属单质形式存在的功能金属，或者以两种或两种以上功能金属形成的合金的形式存在的功能金属。
本发明通过在原料中采用一种或多种金属氧化物MxOy，M为活性低于铝的金属，使MxOy与铝或铝合金在高温熔融下发生如下的反应：3MxOy+2yAl→y Al2O3+3xM，该反应类似铝热反应，反应生成纳米至微米尺度的Al2O3颗粒和金属M单质。其中，M单质进入铝合金，完善材料的可溶解性能；而高硬度、耐高温、耐腐蚀的Al2O3细小颗粒弥散分布于合金中，起到弥散强化的作用，从而制备出高强度可溶解铝合金。
与现有技术相比，本发明所提供的高强度可溶解铝合金。根据加入金属氧化物MxOy的种类和加入量，该高强度可溶解铝合金的抗弯强度可达到200-900Mpa，抗压强度达到70-400MPa。由于该材料制备方法与传统可溶合金制备一样：工艺简单，成本较低，却提高可溶合金材料的机械性能，本发明拓宽了该材料的应用和制备工艺。本发明的高强度可溶解铝合金可直接用于制作在服役期间满足高机械强度的使用要求，又能在服役完成后迅速降解的工具和工件。
附图说明
图1为本发明提供的一种高强度可溶解铝合金的抗弯强度和抗压强度随加入氧化物Cr2O3含量的变化曲线图。
图2为本发明提供的一种高强度可溶解铝合金在水中的溶解实物图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供的高强度可溶解铝合金的抗压强度和抗弯强度最大分别达到366MPa和831MPa。
如图2所示，本发明提供的高强度可溶解铝合金的溶解性能良好，通过调整合金成分可使合金的使用环境温度在50-120℃可调，调整合金成分可使合金的溶解速率在0.2-4mm/h范围可调。
该溶解速率是通过间隔一定时间测量合金球直径变化(减小)的方式得到的，直径随时间的减小是呈线性关系变化的，所以这里用mm/h这个单位来表示溶解速率。
实施例1
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，添加二氧化钛(TiO2)3wt.％至97wt.％铝合金熔体中；在铝合金熔体中发生3MxOy+2yAl→yAl2O3+3xM反应，生成物金属钛(Ti)单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中，因此形成了含有Al2O3增强相的高强可溶合金。
上述铝合金包括下述成份：
Al：87wt.％，Sn：8.0wt.％，Si：0.1wt.％，Mn：0.2wt.％，Mg：1.0wt.％，Ga：0.1wt.％，In：0.3wt.％，Zn：0.3wt.％。
上述高强度可溶解铝合金的制备方法包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量87％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：8.0wt.％，Si：0.1wt.％，Mn：0.2wt.％，Mg：1.0wt.％，Ga：0.1wt.％，In：0.3wt.％，Zn：0.3wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的功能合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比3wt.％的金属氧化物二氧化钛(TiO2)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的二氧化钛发生反应：3TiO2+4Al→2Al2O3+3Ti，生成物Ti单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例2
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量87％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：8.0wt.％，Si：0.1wt.％，Mn：0.2wt.％，Mg：1.0wt.％，Ga：0.1wt.％，In：0.3wt.％，Zn：0.3wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的功能合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比3wt.％的金属氧化物三氧化二铬(Cr2O3)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的三氧化二铬发生反应：Cr2O3+2Al→Al2O3+2Cr，生成物Cr单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例3
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量87％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：8.0wt.％，Si：0.1wt.％，Mn：0.2wt.％，Mg：1.0wt.％，Ga：0.1wt.％，In：0.3wt.％，Zn：0.3wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的功能合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比3wt.％的金属氧化物三氧化钼(MoO3)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的三氧化钼发生反应：MoO3+2Al→Al2O3+Mo，生成物Mo单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例4
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量87％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：8.0wt.％，Si：0.1wt.％，Mn：0.2wt.％，Mg：1.0wt.％，Ga：0.1wt.％，In：0.3wt.％，Zn：0.3wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比2wt.％的二氧化钛(TiO2)，0.5wt.％的氧化铟(Cr2O3)和0.5wt.％的氧化镓(MoO3)的混合金属氧化物在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的氧化物同时发生：3MxOy+2yAl→yAl2O3+3xM的反应，生成物Ti、Cr、Mo单质均匀分散溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例5
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量70％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：12.0wt.％，Si：2.0wt.％，Mn：1.0wt.％，Mg：4.0wt.％，Ga：5.0wt.％，In：3.5wt.％，Zn：1.5wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比1wt.％金属氧化物二氧化钛(TiO2)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的二氧化钛发生反应：3TiO2+4Al→2Al2O3+3Ti，生成物Ti单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例6
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量70％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：13.0wt.％，Si：2.0wt.％，Mn：1.0wt.％，Mg：4.0wt.％，Ga：5.0wt.％，In：2.5wt.％，Zn：1.5wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.2wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比1wt.％金属氧化物三氧化二铬(Cr2O3)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的三氧化二铬发生反应：Cr2O3+2Al→Al2O3+2Cr，生成物Cr单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例7
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量70％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：13.0wt.％，Si：2.0wt.％，Mn：1.0wt.％，Mg：4.0wt.％，Ga：5.0wt.％，In：2.5wt.％，Zn：1.5wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比1wt.％金属氧化物三氧化钼(MoO3)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的三氧化钼发生反应：MoO3+2Al→Al2O3+Mo，生成物Mo单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例8
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量60％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：3.0wt.％，Si：2.0wt.％，Mn：1.5wt.％，Mg：4.0wt.％，Ga：12wt.％，In：5.5wt.％，Zn：1.0wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比11wt.％金属氧化物二氧化钛(TiO2)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的二氧化钛发生反应：3TiO2+4Al→2Al2O3+3Ti，生成物Ti单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例9
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量60％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：13.0wt.％，Si：2.0wt.％，Mn：1.5wt.％，Mg：4.0wt.％，Ga：6.5wt.％，In：1.0wt.％，Zn：1.0wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重1.0wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比11wt.％金属氧化物三氧化二铬(Cr2O3)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的三氧化二铬发生反应：Cr2O3+2Al→Al2O3+2Cr，生成物Cr单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例10
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，采用下述方法制备：
(1)高温熔炼铝基质。
称取占最后总合金重量60％的铝锭放入熔化炉，升温至710℃，使之熔融成为熔体；
(2)功能金属重量配比、熔炼、搅拌
根据重量配比将Sn：13.0wt.％，Si：2.0wt.％，Mn：1.5wt.％，Mg：4.0wt.％，Ga：2wt.％，In：5.5wt.％，Zn：1.0wt.％加至步骤(1)所得的铝熔体中，在760℃保温0.5个小时熔炼形成铝合金，步骤(2)过程中充分搅拌使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体；
(3)除渣除气处理
加入占步骤(2)所得合金熔体总重0.5wt.％的聚醚改性硅消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将合金熔体降温至690℃，称取重量百分比11wt.％金属氧化物三氧化钼(MoO3)在300℃下预热1小时后，加入到合金熔体中，充分搅拌，800℃保温0.5小时，使步骤(3)所得合金熔体与加入的三氧化钼发生反应：MoO3+2Al→Al2O3+Mo，生成物Mo单质溶解在合金熔体中，而细小的Al2O3颗粒弥散分布于合金熔体中；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料。
实施例11
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝和功能金属的添加量为：铝60wt.％；功能金属39.9wt.％；所述金属氧化物的添加量为：0.1wt.％。
所述功能金属的配比为：Sn含量为20wt.％，Si含量为0wt.％，Mn含量为0.1wt.％，Mg含量为0wt.％，Ga含量为15wt.％，In含量为4.8wt.％，Zn含量为0wt.％。
所述金属氧化物为三氧化钼(MoO3)。
制备高强度可溶解铝合金的方法，包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质
将铝锭放入熔化炉，升温至660-800℃，使之熔融成为铝熔体；
(2)加入功能金属，与铝基质熔炼形成铝合金，步骤(2)包括质量配比、熔炼、搅拌过程。
按重量百分比在步骤(1)所得铝熔体中加入功能金属，充分搅拌，在660-800℃保温2小时，使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体。
(3)除渣除气处理
将步骤(2)所得合金熔体加入消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化，步骤(3)所述消泡剂组成成分为聚醚改性硅，加入量为步骤(2)所得铝合金熔体总重的1.0wt.％；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将金属氧化物在200℃下预热1小时，并将合金熔体降温至680℃，之后添加金属氧化物至降温到680℃的合金熔体中，充分搅拌，在660-800℃保温2小时；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料工件。
实施例12
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝和功能金属的添加量为：铝99wt.％；功能金属0.9wt.％；所述金属氧化物的添加量为：0.1wt.％。
所述功能金属的配比为：Sn含量为0.1wt.％，Si含量为0wt.％，Mn含量为0.2wt.％，Mg含量为0wt.％，Ga含量为0.1wt.％，In含量为0.1wt.％，Zn含量为0.4wt.％。
所述金属氧化物为二氧化锰(MnO2)。
制备高强度可溶解铝合金的方法，包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质
将铝锭放入熔化炉，升温至800-1000℃，使之熔融成为铝熔体；
(2)加入功能金属，与铝基质熔炼形成铝合金，步骤(2)包括质量配比、熔炼、搅拌过程。
按重量百分比在步骤(1)所得铝熔体中加入功能金属，充分搅拌，在800-1000℃保温0.5小时，使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体。
(3)除渣除气处理
将步骤(2)所得合金熔体加入消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化，步骤(3)所述消泡剂组成成分为聚醚改性硅，加入量为步骤(2)所得铝合金熔体总重的0.2wt.％；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将金属氧化物在300℃下预热1小时，并将合金熔体降温至700℃，之后添加金属氧化物至降温到700℃的合金熔体中，充分搅拌，在800-1000℃保温0.5小时；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料工件。
实施例13
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝和功能金属的添加量为：铝62.99wt.％；功能金属37wt.％；所述金属氧化物的添加量为：0.01wt.％。
所述功能金属的配比为：Sn含量为10wt.％，Si含量为10wt.％，Mn含量为5wt.％，Mg含量为10wt.％，Ga含量为1wt.％，In含量为1wt.％，Zn含量为0wt.％。
所述金属氧化物为三氧化二铬(Cr2O3)。
制备高强度可溶解铝合金的方法，包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质
将铝锭放入熔化炉，升温至820-880℃，使之熔融成为铝熔体；
(2)加入功能金属，与铝基质熔炼形成铝合金，步骤(2)包括质量配比、熔炼、搅拌过程。
按重量百分比在步骤(1)所得铝熔体中加入功能金属，充分搅拌，在900-950℃保温1小时，使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体。
(3)除渣除气处理
将步骤(2)所得合金熔体加入消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化，步骤(3)所述消泡剂组成成分为聚醚改性硅，加入量为步骤(2)所得铝合金熔体总重的1.0wt.％；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将金属氧化物在250℃下预热2小时，并将合金熔体降温至690℃，之后添加金属氧化物至降温到690℃所得的合金熔体中，充分搅拌，在850-900℃保温1小时；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料工件。
实施例14
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝和功能金属的添加量为：铝61.79wt.％；功能金属38.2wt.％；所述金属氧化物的添加量为：0.01wt.％。
所述功能金属的配比为：Sn含量为0.1wt.％，Si含量为5wt.％，Mn含量为10wt.％，Mg含量为5wt.％，Ga含量为0.1wt.％，In含量为10wt.％，Zn含量为8wt.％。
所述金属氧化物为氧化镍(NiO)和五氧化二钒(V2O5)，氧化镍(NiO)和五氧化二钒(V2O5)的重量比为1∶1。
制备高强度可溶解铝合金的方法，包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质
将铝锭放入熔化炉，升温至660-700℃，使之熔融成为铝熔体；
(2)加入功能金属，与铝基质熔炼形成铝合金，步骤(2)包括质量配比、熔炼、搅拌过程。
按重量百分比在步骤(1)所得铝熔体中加入功能金属，充分搅拌，在660-700℃保温2小时，使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体。
(3)除渣除气处理
将步骤(2)所得合金熔体加入消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化，步骤(3)所述消泡剂组成成分为聚醚改性硅，加入量为步骤(2)所得铝合金熔体总重的0.5wt.％；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将金属氧化物在300℃下预热1小时，并将合金熔体降温至680℃，之后添加金属氧化物至降温到680℃的合金熔体中，充分搅拌，在900-950℃保温2小时；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料工件。
实施例15
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝和功能金属的添加量为：铝68wt.％；功能金属29wt.％；所述金属氧化物的添加量为：3wt.％。
所述功能金属的配比为：Sn含量为1wt.％，Si含量为4wt.％，Mn含量为3wt.％，Mg含量为5wt.％，Ga含量为7wt.％，In含量为5wt.％，Zn含量为4wt.％。
所述氧化物为二氧化硅(SiO2)。
制备高强度可溶解铝合金的方法，包括下述步骤：
(1)高温熔炼铝基质
将铝锭放入熔化炉，升温至900-1000℃，使之熔融成为铝熔体；
(2)加入功能金属，与铝基质熔炼形成铝合金，步骤(2)包括质量配比、熔炼、搅拌过程。
按重量百分比在步骤(1)所得铝熔体中加入功能金属，充分搅拌，在950-1000℃保温1小时，使之成为具有宏观均匀性质的铝合金熔体。
(3)除渣除气处理
将步骤(2)所得合金熔体加入消泡剂进行除渣除气并使合金熔体均匀化，步骤(3)所述消泡剂组成成分为聚醚改性硅，加入量为步骤(2)所得铝合金熔体总重的1.0wt.％；
(4)加入金属氧化物形成弥散增强相
将金属氧化物在300℃下预热1小时，并将合金熔体降温至680℃，之后添加在金属氧化物至降温到680℃的合金熔体中，充分搅拌，在950-1000℃保温0.5小时；
(5)浇铸冷却
将步骤(4)所得的合金熔体浇注在预先预热好的模具中；然后将所得铸件连同模具冷却至室温后，制得高强度可溶解铝合金材料工件。
实施例16
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝的添加量为98wt.％；功能金属和金属氧化物的添加量为：2wt.％。
其中：Sn含量为0.1wt.％，Si含量为0wt.％，Mn含量为0.1wt.％，Mg含量为0wt.％，Ga含量为0.1wt.％，In含量为0.1wt.％，Zn含量为0wt.％。
所述金属氧化物为氧化镍(NiO)和二氧化锰(MnO2)，重量百分含量为1.6％。氧化镍(NiO)与二氧化锰(MnO2)的重量比为1∶1。
按照实施例1提供的方法制备得到高强度可溶解铝合金。
实施例17
本发明提供一种高强度可溶解铝合金，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述铝的添加量为99wt.％；功能金属和金属氧化物的添加量为：1wt.％。
其中：Sn含量为0.2wt.％，Si含量为0.1wt.％，Mn含量为0.2wt.％，Mg含量为0wt.％，Ga含量为0.1wt.％，In含量为0.1wt.％，Zn含量为0.1wt.％。
所述金属氧化物为氧化镍(NiO)，重量百分含量为0.2％。
按照实施例1提供的方法制备得到高强度可溶解铝合金。
表1实施例1至17提供的高强度可溶解铝合金的测试结果
由表1中测试结果可以得出，本发明提供的高强度可溶解铝合金具有较高的抗压强度和抗弯强度，及较快的溶解速率。特别的，实施例1-4提供的高强度可溶解铝合金在具有合适的溶解速率的同时，具有更高的抗压强度和抗弯强度。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (3)
1.一种高强度可溶解铝合金，其特征在于，所述高强度可溶解铝合金的原料包括：铝，功能金属，金属氧化物；所述金属氧化物MxOy选自以下组中的一种或两种以上的组合：三氧化二铬(Cr2O3)、三氧化钼(MoO3)二氧化锰(MnO2)、五氧化二钒(V2O5)、五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化镍(NiO)、氧化钨(WO3)、和二氧化硅(SiO2)；所述铝和功能金属的添加量为：Al:87wt.％，Sn：8.0wt.％，Si：0.1wt.％，Mn：0.2wt.％，Mg：1.0wt.％，Ga：0.1wt.％，In：0.3wt.％，Zn：0.3wt.％；所述金属氧化物的添加量为3wt.％。
2.根据权利要求1所述的高强度可溶解铝合金，其特征在于，所述金属氧化物自选二氧化钛(TiO2)，三氧化二铬(Cr2O3)，或三氧化钼(MoO3)中的一种。
3.一种制备权利要求1或2所述的高强度可溶解铝合金的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)首先熔炼铝熔体，熔炼温度为660-1000℃；
(2)按原料配比在铝熔体中加入功能金属；
(3)除渣、除气后加入高温预热的金属氧化物；
(4)搅拌，使合金成分均匀；待合金化过程完成，采用浇铸工艺制备工件产品。
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