CN106566936A - 一种增强型铝合金材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强型铝合金材料制备方法。所述方法采用硼酸镁晶须作为添加的增强材料，与铝合金粉末充分混合并研磨，采用热挤压来代替烧结，使混合粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形,实现粉末颗粒间的冶金结合，改变合金相，增强合金机械强度。所述方法包括配料、研磨、压坯、挤压、固溶和时效处理等步骤。所述制备方法工序简单，节约成本，制得的铝合金机械性能得到显著增强。

Description

一种增强型铝合金材料制备方法

技术领域

本发明属于新型材料技术领域，具体涉及一种增强型铝合金材料制备方法。

背景技术

铝是一种银白色的金属，具有密度低，只有2.79/cm³，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.839/cm³，8.939/cm³) 的1/3。导电性和导热性好、塑性高、抗腐蚀性能好等特点，铝的表面具有高度的反射性，辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。铝的化学性质活泼，在空气中易与氧结合，表面形成一层致密坚固的氧化铝薄膜，可保护内层金属不再继续氧化，故在大气中有极好的稳定性。铝在大自然中的蕴藏量非常丰富，铝在地壳中的含量为7.45％，仅次于氧和硅，我国铝土矿的储量也居世界前列，探明储量有6.3 亿吨，而且它是一种具有很强再生性的金属，它的“绿色生命力”可供持续发挥。

由于纯铝的硬度较小，所以难以作为结构性材料使用，为了充分利用铝的其它优良性能，改善铝的机械强度，通常是通过添加其他金属成分，生成不同种类的铝合金。在现代生活中，铝及铝合金已经广泛地应用在各种行业中。

铝合金具有以下优点：

(1) 密度小：密度小对于航天航空器、船舶、车辆等交通工具及建筑物轻量化非常有益，在交通运输中，能大大减少油耗，同时也可以节省搬运费和加工费，降低成本，在工业、建筑业、民用业等领域的应用越来越广泛。

(2) 良好的耐腐蚀性、耐候性：铝及铝合金在大气中能够形成一层硬而且致密，具有良好抗腐蚀性能的氧化膜，通过阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷涂等表面处理，可进一步提高铝材的抗腐蚀性。

(3) 良好的机加工性和装饰性：铝合金具有良好的可塑性，可加工成各种规格、形状的产品，通过表面处理可生成不同性质、不同颜色的膜层，具有良好的装饰性。

(4) 良好的导热性：铝合金的导热率大约是铜的50.6％，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器非常有利。

(5) 良好的可锻性：铝合金可以锻造成强度高、形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标准的选择范围非常宽泛。

(6) 良好的可焊性：铝合金可用各式各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬焊、软焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。

(7) 极高的回收性：再生铝合金的特性与原生铝合金几乎没有差别，这点使铝合金成为环保人士的宠儿，环保性相当好。

(8) 铝合金有高的比强度、比刚度、断裂韧性和疲劳强度，用其代替钢铁材料可大大减轻零构件的重量，增加结构的稳定性。作为一种工程结构材料，在液体导弹、运载火箭和飞机中得到广泛应用，在其它行业应用也十分广泛。

(9) 特定铝合金具有高电阻率，这些合金可用于如高转矩的电动机中。

以晶须、颗粒和短纤维等增强体的非连续增强铝基复合材料，具有比强度、比刚度高，疲劳强度高，耐磨性能好，复合工艺相对简单、灵活多样等优点，在金属基复合材料中占主导地位。铝基复合材料由于其制备工艺较连续增强铝基复合材料简单，而且制备成本较低，易于二次加工，以及复合材料各向同性等优点而成为航空、航天、汽车、船舶、体育等领域重要的结构材料。晶须增强铝基复合材料的制备方法主要有铸造法和粉末冶金法两类，其中挤压铸造法对界面润湿性的要求不高，在制备复合材料的过程中，通过控制挤压温度、预热温度、挤压压力等参数，能获得增强体随机取向并均匀分布的铝基复合材料，但这种方法缺点在于显微组织中容易出现增强体的偏聚、夹杂、显微缩孔及裂纹等缺陷，此外由于挤压铸造压力大，保证增强体预制件的质量也是影响复合材料性能的主要因素。粉末冶金法是制备铝基复合材料最常用的一种工艺，采用该方法制备时增强体可以以任意比例加入到基体中，而且增强体在基体中分布均匀。但是早期的粉末冶金法，实验过程复杂，成本较高。

目前在碳化硅、碳化硼、硼酸铝等晶须增强铝基复合材料的制备、性能以及微观结构等方面进行了广泛的研究，取得了较大的进展。而硼酸镁晶须除了不与基体铝及铝合金发生界面反应之外，还在物理性能相当的情况下，价格仅为硼酸铝晶须价格的1/2，不到碳化硅晶须价格的1/20。因此，在增强铝合金方面硼酸镁晶须具有更好的应用前景。然而目前对于硼酸镁晶须增强铝基复合材料的研究还处于理论研究阶段，还未有粉末热挤压法制备的硼酸镁晶须增强铝基复合材料的报道。在制备过程中晶须发生了折断，长径比严重减小，且因球磨和热挤压过程中硼酸镁晶须不能完全均匀分散于基体相中，因此不可避免地出现了缠结和团聚现象。这些有效长径比较低的单个晶须和缠结成团的晶须团聚颗粒在复合材料中可视为不可变形粒子。另外，复合材料制备过程中基体与增强相热膨胀系数的差异、几何限制、热挤压时的塑性变形使基体中产生高密度位错，复合材料在受拉时不可变形粒子对位错有阻碍作用而发生奥罗万强化，减小粒子尺寸或是提高粒子的体积分数会导致材料强度的提高。

发明内容

为了提高铝合金材料的机械强度，本发明提供一种增强型铝合金材料制备方法。所述方法工艺简单、成本较低并能够显著增强铝合金的机械强度。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种增强型铝合金材料制备方法，其特征在于，所述方法采用硼酸镁晶须作为添加的增强材料，与铝合金粉末充分混合并研磨，采用热挤压来代替烧结，使混合粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形, 实现粉末颗粒间的冶金结合，改变合金相，增强合金机械强度。

一种增强型铝合金材料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）配料：按体积比为1:4～1:10的比例将硼酸镁晶须与铝合金粉末充分混合；

2）研磨：将硼酸镁晶须与铝合金粉末的混合物放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为20h；

3）压坯：将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃环境下压制成预压坯；

4）挤压：将预压坯缓慢加热至520℃保温50 min，然后按照挤压比9:1，以10mm/s 的速度均匀挤出，制得表面光滑的复合材料挤压棒；

5）固溶：将挤压棒进行固溶处理，固溶处理温度为530 ℃，保温1h，在室温水中淬火；

6）时效处理：将固溶处理后的挤压棒缓慢加热到180 ℃进行时效处理，处理时间为12h。

本发明的优点和有益效果为：采用热挤压来代替烧结，使混合粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形, 实现粉末颗粒间的冶金结合，也减少了制备工序，节约了成本。

具体实施方式

一种增强型铝合金材料制备方法，采用硼酸镁晶须作为添加的增强材料，与铝合金粉末充分混合并研磨，采用热挤压来代替烧结，使混合粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形, 实现粉末颗粒间的冶金结合，改变合金相，增强合金机械强度。

所述方法包括以下步骤：

1）配料：按体积比为1:4～1:10的比例将硼酸镁晶须与铝合金粉末充分混合；

2）研磨：将硼酸镁晶须与铝合金粉末的混合物放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为20h；

3）压坯：将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃环境下压制成预压坯；

4）挤压：将预压坯缓慢加热至520℃保温50 min，然后按照挤压比9:1，以10mm/s 的速度均匀挤出，制得表面光滑的复合材料挤压棒；

5）固溶：将挤压棒进行固溶处理，固溶处理温度为530 ℃，保温1h，在室温水中淬火；

6）时效处理：将固溶处理后的挤压棒缓慢加热到180 ℃进行时效处理，处理时间为12h。

实施例

1）配料：按体积比为1:6的比例将硼酸镁晶须与铝合金粉末充分混合；

2）研磨：将硼酸镁晶须与铝合金粉末的混合物放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为20h；

3）压坯：将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃环境下压制成Φ60 mm 的预压坯；

4）挤压：将预压坯缓慢加热至520℃保温50 min，然后按照挤压比9:1，以10mm/s 的速度均匀挤出，制得Φ20mm表面光滑的复合材料挤压棒；

5）固溶：将挤压棒进行固溶处理，固溶处理温度为530 ℃，保温1h，在室温水中淬火；

6）时效处理：将固溶处理后的挤压棒缓慢加热到180 ℃进行时效处理，处理时间为12h。

测得用硼酸镁晶须增强的铝合金材料挤压态室温力学性能为：维氏硬度HV=65.3，屈服强度σ0.2=124 MPa，抗拉强度σb=190MPa，延伸率=6.9%。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种增强型铝合金材料制备方法，其特征在于：所述方法采用硼酸镁晶须作为添加的增强材料，与铝合金粉末充分混合并研磨，采用热挤压来代替烧结，使混合粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形, 实现粉末颗粒间的冶金结合，改变合金相，增强合金机械强度。

2.根据权利要求1 所述的一种增强型铝合金材料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）配料：按体积比为1:4～1:10的比例将硼酸镁晶须与铝合金粉末充分混合；

2）研磨：将硼酸镁晶须与铝合金粉末的混合物放入球磨机中球磨，设置球磨参数为：球料比10:1，球磨机转速150r/min，球磨时间为20h；

3）压坯：将球磨后的粉末置于模具型腔内，在100℃环境下压制成预压坯；

4）挤压：将预压坯缓慢加热至520℃保温50 min，然后按照挤压比9:1，以10mm/s 的速度均匀挤出，制得表面光滑的复合材料挤压棒；

5）固溶：将挤压棒进行固溶处理，固溶处理温度为530 ℃，保温1h，在室温水中淬火；

6）时效处理：将固溶处理后的挤压棒缓慢加热到180 ℃进行时效处理，处理时间为12h。