CN107513648A - 一种耐热型铝合金加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐热型铝合金加工工艺，本发明主要是以镁铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的量的Mn、Cr、Fe以及Zr进行热加工处理,制备出耐高温的铝合金。本发明以镁铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的量的Mn、Cr、Fe以及Zr进行热加工处理,在席夫碱配合物一磷酸盐转化液的改性反应后增大原子间的结合力,减慢原子的扩散过程和固溶体的分解速度,使得合金在高温下具有优异的机械强度。

Description

一种耐热型铝合金加工工艺
技术领域
本发明本发明涉及一种耐热型铝合金加工工艺,属于无机金属材料领域。
背景技术
耐热铝合金是指能在较高温度下使用而不发生软化的铝合金。耐热铝合金广泛应用于汽车发动机缸体、缸盖、活塞、变速箱壳体、涡轮压缩机叶片、运输工具连接件、石油钻杆、航空器隔框、翼梁、铆钉、导弹壳体等。随着汽车、轨道交通、海工装备、航空航天、武器装
备的迅速发展,对耐热铝合金的需求越来越多，现有技术主要以原生铝为原材料,在熔炼铸造过程中再加入铜、镁、锰等合金元素来制备耐热铝合金。众所周知,原生铝由氧化铝电解制得,而铝电解为高能耗产业,生产吨电解铝的总能耗相当于公斤的标准煤,同时还会排放大量的二氧化碳、粉尘和固体废弃物,造成严重的环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐热型铝合金加工工艺，本发明主要是以镁铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的Mn、Cr、Fe以及Zr进行热加工处理,制备出具有耐热性能的铝合金及制备方法。
一种耐热型铝合金加工工艺，包括以下步骤：
步骤1、称取24份Mg、4.2份Mn、3.2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；
步骤2、在上述步骤的合金液中加入精炼剂六氯乙烷,加入量为合金总重量的1.5%,电磁搅拌的时间间隔为10min；
步骤3、将上述步骤精炼好的合金液通过泡沫陶瓷过滤板导入过滤箱中,过滤箱温度设为700℃；
步骤4、将上述步骤过滤箱中的合金液通过水冷半连续铸造,以70L/min的速度通过流槽将合金液导入结晶器内,结晶器用水冷却；
步骤5、将上述步骤加工好的铸件放在冷焊修复机上,先用探伤机头扫描铸件确定缺陷位置,调整放电脉冲频率为155KHz,脉冲宽度为4μs,放电间隙为54%电压,将电火花头和无热堆焊枪移至铸件缺陷处工作；
步骤6、上述步骤修补好的铸件放入轧辊机进行冷轧,制得带材厚度为12mm，然后将轧制后的工件放入温装炉,加热温度至550℃再保温4h,最后直接进行炉冷；
步骤7将上述炉冷后的合金带材浸泡于温度为65℃的席夫碱配合物一磷酸盐转化液中反应25min后取出，再用水冲洗干燥，放在矫直机上,通过轧辊进行精整，得到耐热型铝合金。
所述的席夫碱配合物一磷酸盐转化液制备方法如下
步骤1、将2份聚天冬氨酸、5份氢氧化钾混合研磨5min后投入到3份邻羟基苯甲醛和30份无水乙醇混合液中,在60℃水浴条件下搅拌反应40min,反应结束后混合溶液抽滤,滤液经重结晶,得席夫碱配合物,将其真空干燥后备用；
步骤2、将2份聚乙烯吡咯烷酮、10份无水乙醇投入反应容器中,开启搅拌装置,转速控制为
500转/分钟,随后加入1.8份纳米介孔碳,搅拌分散2h后加入14份步骤1制备的席夫碱配合物,继续处理30min后加入10份去离子水,混合30min后停止搅拌,再用冰醋酸调节体系PH为3.5.即得所述转化液。
有益效果：本发明制备的耐热型铝合金，通过优化合金原材料的组成，获得含有Mg、Mn、Cr、Zr等元素多元复合微合金化的耐热铝合金,其中Mg、Mn、Fe元素可以固溶在铝基体中起到固溶强化作用,席夫碱配合物一磷酸盐转化液的改性反应可以增大原子间的结合力,减慢原子的扩散过程和固溶体的分解速度,提高铝合金在高温下的热稳定性。Zr和Cr还能与Al形成Al3Cr和Al3Zr等硬而脆的金属间化合物,这些金属间化合物具有熔点高、数量多和尺寸细小的特点, Cu—SBA-15纳米材料在铝合金中可以阻碍晶界的滑移和位错的运动,进一步提高铝合金的高温强度。
具体实施方式
实施例1
一种耐热型铝合金加工工艺，该方法包括以下步骤：
步骤1、称取24份Mg、4.2份Mn、3.2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；
步骤2、在上述步骤的合金液中加入精炼剂六氯乙烷,加入量为合金总重量的1.5%,电磁搅拌的时间间隔为10min；
步骤3、将上述步骤精炼好的合金液通过泡沫陶瓷过滤板导入过滤箱中,设为700℃；
步骤4、将上述步骤过滤箱中的合金液通过水冷半连续铸造,以70L/min的速度通过流槽将合金液导入结晶器内,结晶器用水冷却；
步骤5、将上述步骤加工好的铸件放在冷焊修复机上,先用探伤机头扫描铸件确定缺陷位置,调整放电脉冲频率为155KHz,脉冲宽度为4μs,放电间隙为54%电压,将电火花头和无热堆焊枪移至铸件缺陷处工作；
步骤6、上述步骤修补好的铸件放入轧辊机进行冷轧,制得带材厚度为12mm，然后将轧制后的工件放入温装炉,加热温度至550℃再保温4h,最后直接进行炉冷；
步骤7将上述炉冷后的合金带材浸泡于温度为65℃的席夫碱配合物一磷酸盐转化液中反应25min后取出，再用水冲洗干燥，放在矫直机上,通过轧辊进行精整，得到耐热型铝合金。
所述的席夫碱配合物一磷酸盐转化液制备方法如下
步骤1、将2份聚天冬氨酸、5份氢氧化钾混合研磨5min后投入到3份邻羟基苯甲醛和30份无水乙醇混合液中,在60℃水浴条件下搅拌反应40min,反应结束后混合溶液抽滤,滤液经重结晶,得席夫碱配合物,将其真空干燥后备用；
步骤2、将2份聚乙烯吡咯烷酮、10份无水乙醇投入反应容器中,开启搅拌装置,转速控制为
500转/分钟,随后加入1.8份纳米介孔碳,搅拌分散2h后加入14份步骤1制备的席夫碱配合物,继续处理30min后加入10份去离子水,混合30min后停止搅拌,再用冰醋酸调节体系PH为3.5.即得所述转化液。
实施例2
称取20份Mg、2.1份Mn、3.2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤和实施例1相同。
实施例3
称取19份Mg、1.2份Mn、3.2份Fe、1.0份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤和实施例1相同。
实施例4
称取28份Mg、3份Mn、2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤和实施例1相同。
实施例5
称取14份Mg、4.8份Mn、3.0份Fe、1.6份Cr、3.0份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤和实施例1相同。
实施例6
称取24份Mg、2.1份Mn、3.2份Fe、1.8份Cr、6份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤和实施例1相同。
实施例7
称取18份Mg、2.2份Mn、1.2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤和实施例1相同。
实施例8
称取44份Mg、4.2份Mn、8.2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、40份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；；其余步骤和实施例1相同。
实施例9
称取14份Mg、2.2份Mn、1.2份Fe、2.6份Cr、3.0份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤和实施例1相同。
实施例10
称取14份Mg、2.2份Mn、1.2份Fe、2.6份Cr、3.0份Zr、48份Al作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例11
称取24份Mg、2.5份Cu—SBA-15纳米材料、4.2份Mn、3.2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；其余步骤同实施例1相同。
所述的Cu—SBA-15纳米材料制备方法如下：
步骤1、将15份氧化铜放入质量分数8%的氯化铝溶液中90℃下搅拌5小时,过滤,洗涤至中性,烘干,分散在乙醇一去离子水溶液中,加入18份十八烷基胺在60℃水浴中搅拌4小时,超声分散30分钟,抽滤,洗涤,真空干燥至恒重,即得活性氧化铜；
步骤2、将5份活性氧化铜和15份SBA-15沸石材料干燥后，进行研磨粉碎，600目过筛，90℃下混合搅拌均匀,分散在乙醇一去离子水溶液中,加入14份十六烷基三甲基溴化铵在60℃水浴中搅拌4小时,超声分散30分钟,抽滤,洗涤,真空干燥至恒重,研磨,过筛即得活性Cu—SBA-15纳米复合材料。
对照例1
与实施例1不同点在于：制备的步骤1中，不加入Cr，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例2
与实施例1不同点在于：制备的步骤1中，不加入Zr，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例3
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤2中，精炼剂六氯乙烷加入量为合金总重量0.5%,电磁搅拌的时间间隔为10min，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例4
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤2中，精炼剂六氯乙烷加入量为合金总重量4.5%,电磁搅拌的时间间隔为10min，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例5
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤4中，以50L/min的速度通过流槽将合金液导入结晶器内,结晶器用水冷却，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例6
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤4中，以80L/min的速度通过流槽将合金液导入结晶器内,结晶器用水冷却，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例7
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤5中，调整放电脉冲频率为155KHz,脉冲宽度为4μs,放电间隙为40%电压，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例8
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤5中，调整放电脉冲频率为155KHz,脉冲宽度为4μs,放电间隙为64%电压，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例9
与实施例1不同点在于：席夫碱配合物一磷酸盐转化液制备步骤2中，加入0.8份纳米介孔碳,搅拌分散2h后加入14份步骤1制备的席夫碱配合物，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例10
与实施例1不同点在于：席夫碱配合物一磷酸盐转化液制备步骤2中，加入1.8份纳米介孔碳,搅拌分散2h后加入28份步骤1制备的席夫碱配合物，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例11
与实施例1步骤完全相同，不同在于步骤1还加入原料2.5份SBA-15纳米材料。
对照例12
与实施例1步骤完全相同，不同在于步骤1还加入原料2.5份Cu。
采用在线切割机将轧制后的合金加工成标准拉伸试样,在instron5982力学性能测试机上测试其拉伸力学性能,拉伸速度为：0.375mm/min,并用引伸计全程跟踪测量试样在拉伸过程中的长度变化。具体实验数据如下
实验结果表明实施例1中以镁铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的量的Mn、Cr、Fe以及Zr进行热加工处理,制备出的铝合金,在高温下具有优异的抗拉强度，在镁和铝的质量配比 为1:2，其他金属元素配比固定合金的抗拉强度最好；实施例2到实施例10，分别改变各金属元素的用量，对铝合金的在高温下的机械强度有不同程度的影响；值得注意的是实施例11，加入活性Cu—SBA-15纳米材料Cu—SBA-15纳米材料在铝合金中可以阻碍晶界的滑移和位错的运动,显著提高铝合金的高温强度；对照例1和对照例2改变合金熔炼温度，使得合金的高温强度性明显下降，说明熔炼温度的高低影响合金的熔炼性能；对照例3和对照例4改变了精炼剂六氯乙烷加入量，使得合金在高温下的机械强度明显降低；对照例5和对照例6改变合金液的导流速度，合金的抗拉强度依然不高，说明导流速度至关重要；对照例7至对照例8改变了冷焊修复机放电间隙，影响了合金冷焊修复后的机械性能，使得合金在高温下的强度明显降低；对照例9和对照例10改变了席夫碱配合物一磷酸盐转化液过程中席夫碱配合物和纳米介孔炭的用量，使得转化液的反应性能变化，合金的耐高温性能显著降低；因此，使用本发明制备的铝合金在高温下具有优异的机械强度。

Claims (2)

1.一种耐热型铝合金加工工艺，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、称取24份Mg、4.2份Mn、3.2份Fe、1.6份Cr、3份Zr、48份Al作为熔炼材料，将熔炼材料投入真空感应炉内冶炼,预热400℃下保温4h,熔化时合金液温度控制在750℃,每隔30min进行电磁搅拌；
步骤2、在上述步骤的合金液中加入精炼剂六氯乙烷,加入量为合金总重量的1.5%,电磁搅拌的时间间隔为10min；
步骤3、将上述步骤精炼好的合金液通过泡沫陶瓷过滤板导入过滤箱中,过滤箱温度设为700℃；
步骤4、将上述步骤过滤箱中的合金液通过水冷半连续铸造,以70L/min的速度通过流槽将合金液导入结晶器内,结晶器用水冷却；
步骤5、将上述步骤加工好的铸件放在冷焊修复机上,先用探伤机头扫描铸件确定缺陷位置,调整放电脉冲频率为155KHz,脉冲宽度为4μs,放电间隙为54%电压,将电火花头和无热堆焊枪移至铸件缺陷处工作；
步骤6、上述步骤修补好的铸件放入轧辊机进行冷轧,制得带材厚度为12mm，然后将轧制后的工件放入温装炉,加热温度至550℃再保温4h,最后直接进行炉冷；
步骤7将上述炉冷后的合金带材浸泡于温度为65℃的席夫碱配合物一磷酸盐转化液中反应25min后取出，再用水冲洗干燥，放在矫直机上,通过轧辊进行精整，得到最终的耐热型铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种耐热型铝合金加工工艺, 其特征在于，席夫碱配合物一磷酸盐转化液制备方法如下：
步骤1、将2份聚天冬氨酸、5份氢氧化钾混合研磨5min后投入到3份邻羟基苯甲醛和30份无水乙醇混合液中,在60℃水浴条件下搅拌反应40min,反应结束后混合溶液抽滤,滤液经重结晶,得席夫碱配合物,将其真空干燥后备用；
步骤2、将2份聚乙烯吡咯烷酮、10份无水乙醇投入反应容器中,开启搅拌装置,转速控制为
500转/分钟,随后加入1.8份纳米介孔碳,搅拌分散2h后加入14份步骤1制备的席夫碱配合物,继续处理30min后加入10份去离子水,混合30min后停止搅拌,再用冰醋酸调节体系PH为3.5.即得所述转化液。
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