CN107034376A - 一种高性能铝合金材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能铝合金材料的制备方法，属于金属材料技术领域。本发明首先以铝粉、镁粉及铜粉作为基料，以硅酸作为外加剂结合部分金属，通过高温熔融及水淬，有效改善了内部结构，获得中间体，随后与氧化锌、石墨、碳酸铬等混合物高温球磨混合物，通过添加铁和锂控制晶粒成长，增加高温强度，利用石墨在高温下与中间体内的二氧化硅形成碳化硅，提高耐温性及抗腐蚀性，再通过钴和铬控制晶粒尺寸，提高合金的机械性能，从而获得高性能铝合金材料，本发明制备的高性能铝合金材料硬度高，耐温性强及耐腐蚀性强。

Description

一种高性能铝合金材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能铝合金材料的制备方法，属于金属材料技术领域。
背景技术
随着经济的不断发展，人们的生活水平和思想素质不断提高，对环境保护的意识也越来越强，在当今节能减排的主旋律下，低排放已成为市场需求必然的趋势，由于铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀性、导热导电性能好、可塑造、可加工、可焊接、重量轻等优良性能，目前铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
铝合金的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成一层薄而致密的氧化膜。但铝合金的硬度低、耐磨性差，腐蚀电位较负，表层氧化膜易受强酸和强碱的腐蚀，这些缺点严重限制了铝合金的应用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。硬铝合金属AI-Cu-Mg系，一般含有少量的Mn，可热处理强化。其特点是硬度大，但塑性较差。超硬铝属Al-Cu-Mg-Zn系，可热处理强化，是室温下强度最高的铝合金，但耐腐蚀性差，高温软化快。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前铝合金硬度低，高温软化快及耐腐蚀性差的问题，本发明首先以铝粉、镁粉及铜粉作为基料，以硅酸作为外加剂结合部分金属，通过高温熔融及水淬，有效改善了内部结构，获得中间体，随后与氧化锌、石墨、碳酸铬等混合物高温球磨混合物，通过添加铁和锂控制晶粒成长，增加高温强度，利用石墨在高温下与中间体内的二氧化硅形成碳化硅，提高耐温性及抗腐蚀性，再通过钴和铬控制晶粒尺寸，提高合金的机械性能，从而获得高性能铝合金材料，本发明制备的高性能铝合金材料硬度高，耐温性强及耐腐蚀性强。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）按重量份数计，取60～70份铝粉、20～25份镁粉、12～16份铜粉及3～4份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入铝粉质量4～6倍的直径为50mm的钢球，使用氮气将球磨罐中的空气排出，设定球磨罐内的温度为40～45℃，以300r/min球磨2～3h，收集球磨混合料；
（2）将上述球磨混合料放入坩埚中，并将坩埚置于压机中，以30～35MPa挤压20～30min，再将坩埚放入感应炉中，设定温度为990～1100℃，熔融30～50min，随后自然冷却至110～150℃，将坩埚取出放入5℃水中浸泡10～15min，收集坩埚内的混合物；
（3）将上述坩埚内的混合物放入120℃干燥箱中干燥过夜，收集干燥物，按重量份数计，取45～50份干燥物、10～12份石墨、4～6份氧化锌、3～5份碳酸铁、1～2份碳酸锂、0.9～1.3份氧化钴及0.3～0.9份碳酸铬，放入搅拌机中，使用氮气保护，搅拌温度为200～300℃，以1000r/min搅拌7～10min，收集搅拌混合物；
（4）将上述搅拌混合物放入模具中，再将模具置于压机中，以700～750MPa压制30～40min，随后将模具置于烧结炉中，使用氮气保护，以10℃/min升温至800～850℃，预热20～25min，再以5℃/min升温至1050～1150℃，保温2～3h后，以50℃/min降温至室温，将模具取出进行脱模，收集脱模物，即可得高性能铝合金材料。
经检测本发明指标的高性能铝合金材料得：抗拉强度为890～912MPa，屈服强度为797～828MPa，硬度为113～121HB，冲击韧性22～23J/cm2，耐腐蚀性较传统铝合金提高2～3倍，耐高温度较传统铝合金提高200～400℃。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的高性能铝合金材料硬度高，耐温性强及耐腐蚀性强，可广泛应用于汽车、机械制造、船舶等领域；
（2）本发明制备的高性能铝合金材料制备工艺简单、参数易控，生产过程安全环保，适合大规模的工业化生产。
具体实施方式
按重量份数计，取60～70份铝粉、20～25份镁粉、12～16份铜粉及3～4份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入铝粉质量4～6倍的直径为50mm的钢球，使用氮气将球磨罐中的空气排出，设定球磨罐内的温度为40～45℃，以300r/min球磨2～3h，收集球磨混合料；将上述球磨混合料放入坩埚中，并将坩埚置于压机中，以30～35MPa挤压20～30min，再将坩埚放入感应炉中，设定温度为990～1100℃，熔融30～50min，随后自然冷却至110～150℃，将坩埚取出放入5℃水中浸泡10～15min，收集坩埚内的混合物；将上述坩埚内的混合物放入120℃干燥箱中干燥过夜，收集干燥物，按重量份数计，取45～50份干燥物、10～12份石墨、4～6份氧化锌、3～5份碳酸铁、1～2份碳酸锂、0.9～1.3份氧化钴及0.3～0.9份碳酸铬，放入搅拌机中，使用氮气保护，搅拌温度为200～300℃，以1000r/min搅拌7～10min，收集搅拌混合物；将上述搅拌混合物放入模具中，再将模具置于压机中，以700～750MPa压制30～40min，随后将模具置于烧结炉中，使用氮气保护，以10℃/min升温至800～850℃，预热20～25min，再以5℃/min升温至1050～1150℃，保温2～3h后，以50℃/min降温至室温，将模具取出进行脱模，收集脱模物，即可得高性能铝合金材料。
实例1
按重量份数计，取60份铝粉、20份镁粉、12份铜粉及3份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入铝粉质量4倍的直径为50mm的钢球，使用氮气将球磨罐中的空气排出，设定球磨罐内的温度为40℃，以300r/min球磨2h，收集球磨混合料；将上述球磨混合料放入坩埚中，并将坩埚置于压机中，以30MPa挤压20min，再将坩埚放入感应炉中，设定温度为990℃，熔融30min，随后自然冷却至110℃，将坩埚取出放入5℃水中浸泡10min，收集坩埚内的混合物；将上述坩埚内的混合物放入120℃干燥箱中干燥过夜，收集干燥物，按重量份数计，取45份干燥物、10份石墨、4份氧化锌、3份碳酸铁、1份碳酸锂、0.9份氧化钴及0.3份碳酸铬，放入搅拌机中，使用氮气保护，搅拌温度为200℃，以1000r/min搅拌7min，收集搅拌混合物；将上述搅拌混合物放入模具中，再将模具置于压机中，以700MPa压制30min，随后将模具置于烧结炉中，使用氮气保护，以10℃/min升温至800℃，预热20min，再以5℃/min升温至1050℃，保温2h后，以50℃/min降温至室温，将模具取出进行脱模，收集脱模物，即可得高性能铝合金材料。
经检测本发明指标的高性能铝合金材料得：抗拉强度为890MPa，屈服强度为797MPa，硬度为113HB，冲击韧性22J/cm2，耐腐蚀性较传统铝合金提高2倍，耐高温度较传统铝合金提高200℃。
实例2
按重量份数计，取70份铝粉、25份镁粉、16份铜粉及4份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入铝粉质量6倍的直径为50mm的钢球，使用氮气将球磨罐中的空气排出，设定球磨罐内的温度为45℃，以300r/min球磨3h，收集球磨混合料；将上述球磨混合料放入坩埚中，并将坩埚置于压机中，以35MPa挤压30min，再将坩埚放入感应炉中，设定温度为1100℃，熔融50min，随后自然冷却至150℃，将坩埚取出放入5℃水中浸泡15min，收集坩埚内的混合物；将上述坩埚内的混合物放入120℃干燥箱中干燥过夜，收集干燥物，按重量份数计，取50份干燥物、12份石墨、6份氧化锌、5份碳酸铁、2份碳酸锂、1.3份氧化钴及0.9份碳酸铬，放入搅拌机中，使用氮气保护，搅拌温度为300℃，以1000r/min搅拌10min，收集搅拌混合物；将上述搅拌混合物放入模具中，再将模具置于压机中，以750MPa压制40min，随后将模具置于烧结炉中，使用氮气保护，以10℃/min升温850℃，预热25min，再以5℃/min升温至1150℃，保温3h后，以50℃/min降温至室温，将模具取出进行脱模，收集脱模物，即可得高性能铝合金材料。
经检测本发明指标的高性能铝合金材料得：抗拉强度为912MPa，屈服强度为828MPa，硬度为121HB，冲击韧性23J/cm2，耐腐蚀性较传统铝合金提高3倍，耐高温度较传统铝合金提高400℃。
实例3
按重量份数计，取65份铝粉、23份镁粉、14份铜粉及3份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入铝粉质量5倍的直径为50mm的钢球，使用氮气将球磨罐中的空气排出，设定球磨罐内的温度为43℃，以300r/min球磨2h，收集球磨混合料；将上述球磨混合料放入坩埚中，并将坩埚置于压机中，以33MPa挤压25min，再将坩埚放入感应炉中，设定温度为1050℃，熔融40min，随后自然冷却至130℃，将坩埚取出放入5℃水中浸泡13min，收集坩埚内的混合物；将上述坩埚内的混合物放入120℃干燥箱中干燥过夜，收集干燥物，按重量份数计，取47份干燥物、11份石墨、5份氧化锌、4份碳酸铁、1.5份碳酸锂、1.1份氧化钴及0.6份碳酸铬，放入搅拌机中，使用氮气保护，搅拌温度为250℃，以1000r/min搅拌8min，收集搅拌混合物；将上述搅拌混合物放入模具中，再将模具置于压机中，以730MPa压制35min，随后将模具置于烧结炉中，使用氮气保护，以10℃/min升温至830℃，预热22min，再以5℃/min升温至1100℃，保温2h后，以50℃/min降温至室温，将模具取出进行脱模，收集脱模物，即可得高性能铝合金材料。
经检测本发明指标的高性能铝合金材料得：抗拉强度为908MPa，屈服强度为812MPa，硬度为118HB，冲击韧性22.5J/cm2，耐腐蚀性较传统铝合金提3倍，耐高温度较传统铝合金提高300℃。

Claims (1)

1.一种高性能铝合金材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，取60～70份铝粉、20～25份镁粉、12～16份铜粉及3～4份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入铝粉质量4～6倍的直径为50mm的钢球，使用氮气将球磨罐中的空气排出，设定球磨罐内的温度为40～45℃，以300r/min球磨2～3h，收集球磨混合料；
（2）将上述球磨混合料放入坩埚中，并将坩埚置于压机中，以30～35MPa挤压20～30min，再将坩埚放入感应炉中，设定温度为990～1100℃，熔融30～50min，随后自然冷却至110～150℃，将坩埚取出放入5℃水中浸泡10～15min，收集坩埚内的混合物；
（3）将上述坩埚内的混合物放入120℃干燥箱中干燥过夜，收集干燥物，按重量份数计，取45～50份干燥物、10～12份石墨、4～6份氧化锌、3～5份碳酸铁、1～2份碳酸锂、0.9～1.3份氧化钴及0.3～0.9份碳酸铬，放入搅拌机中，使用氮气保护，搅拌温度为200～300℃，以1000r/min搅拌7～10min，收集搅拌混合物；
（4）将上述搅拌混合物放入模具中，再将模具置于压机中，以700～750MPa压制30～40min，随后将模具置于烧结炉中，使用氮气保护，以10℃/min升温至800～850℃，预热20～25min，再以5℃/min升温至1050～1150℃，保温2～3h后，以50℃/min降温至室温，将模具取出进行脱模，收集脱模物，即可得高性能铝合金材料。
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