CN108486420A - 一种薄壁铝合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁铝合金的制备方法，该铝合金的成分按质量百分数为：Cu：0.1‑0.25％；Mn：0.15‑0.2％；Mg：1.5‑3％；Zn：0.01‑0.05％；Cr：0.02‑0.2％；Ti：0.25‑0.35％；Si：0.5‑1％；Fe：0.2‑0.35％；石墨烯：5‑8％；余量为Al；该方法包括：S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，压块，得到薄壁铝合金基块；S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至700‑730℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630‑650℃进行变质处理，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，其耐磨性能较好。

Description

一种薄壁铝合金的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备领域，特别是涉及一种薄壁铝合金的制备方法。
背景技术
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。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有优良的力学性能。
现有的铝合金材料的耐磨性能较差，限制了铝合金的使用范围。
发明内容
为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种薄壁铝合金的制备方法。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种薄壁铝合金的制备方法，该铝合金的成分按质量百分数为：Cu：0.1-0.25％；Mn：0.15-0.2％；Mg：1.5-3％；Zn：0.01-0.05％；Cr：0.02-0.2％；Ti：0.25-0.35％；Si：0.5-1％；Fe：0.2-0.35％；石墨烯：5-8％；余量为Al；
该方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至700-730℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630-650℃进行变质处理，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型。
在某些优选的实施例中，所述成分的粒度为：Cu：60-80μm；Mn：80-120μm；Mg：80-120μm；Zn：60-80μm；Cr：60-80μm；Ti：120-140μm；Si：80-120μm；Fe：80-120μm；石墨烯：80-120μm；Al：80-120μm。
在某些优选的实施例中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为60-80％；电流密度为6-8A/dm2；脉冲电流频率为100-120Hz，在温度为20-30℃下施镀60-80min。
在某些优选的实施例中，所述电镀铜工艺中，镀液成分为CuSO4450-500g/L、H2SO4150-200g/L。
在某些优选的实施例中，所述步骤S5中的变质时间为20-30min。
在某些优选的实施例中，所述步骤S3中压块的压力为700-800MPa。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：
采用呋喃树脂浸泡石墨烯，并对石墨烯进行电镀铜等预处理，改善石墨烯表面的性能，通过将石墨烯粉末与铝合金中它成分的粉末充分混合均匀，压块后加热至熔化，使得所述石墨烯粉末均匀分散在所述铝合金中，提高铝合金的耐磨性能。
具体实施方式
下面结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例中薄壁铝合金成分按质量百分数为：Cu：0.1％；Mn：0.2％；Mg：2％；Zn：0.03％；Cr：0.02％；Ti：0.25％；Si：1％；Fe：0.2％；石墨烯：5％；余量为Al；
所述薄壁铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，在压力为700MPa下压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至730℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630℃进行变质处理，变质处理时间为30min，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，检测其硬度，结果见表1。
在本实施例中，所述成分的粒度为：Cu：60μm；Mn：100μm；Mg：80μm；Zn：60μm；Cr：80μm；Ti：120μm；Si：80μm；Fe：120μm；石墨烯：100μm；Al：100μm。
在本实施中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为60％；电流密度为6A/dm2；脉冲电流频率为120Hz，在温度为20℃下施镀80min，镀液成分为CuSO4450g/L、H2SO4150g/L。
实施例2
本实施例中薄壁铝合金成分按质量百分数为：Cu：0.2％；Mn：0.15％；Mg：1.5％；Zn：0.05％；Cr：0.1％；Ti：0.35％；Si：0.5％；Fe：0.35％；石墨烯：6.5％；余量为Al；
所述薄壁铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，在压力为750MPa下压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至715℃，经精炼、除气、扒渣，降温至650℃进行变质处理，变质处理时间为20min，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，检测其硬度，结果见表1。
在本实施例中，所述成分的粒度为：Cu：70μm；Mn：80μm；Mg：120μm；Zn：70μm；Cr：60μm；Ti：130μm；Si：100μm；Fe：80μm；石墨烯：80μm；Al：120μm。
在本实施中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为70％；电流密度为8A/dm2；脉冲电流频率为100Hz，在温度为25℃下施镀70min，镀液成分为CuSO4475g/L、H2SO4200g/L。
实施例3
本实施例中薄壁铝合金成分按质量百分数为：Cu：0.25％；Mn：0.17％；Mg：3％；Zn：0.01％；Cr：0.2％；Ti：0.3％；Si：0.7％；Fe：0.3％；石墨烯：8％；余量为Al；
所述薄壁铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，在压力为800MPa下压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至700℃，经精炼、除气、扒渣，降温至640℃进行变质处理，变质处理时间为25min，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，检测其硬度，结果见表1。
在本实施例中，所述成分的粒度为：Cu：80μm；Mn：120μm；Mg：100μm；Zn：80μm；Cr：70μm；Ti：140μm；Si：120μm；Fe：100μm；石墨烯：120μm；Al：80μm。
在本实施中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为80％；电流密度为7A/dm2；脉冲电流频率为110Hz，在温度30℃下施镀60min，镀液成分为CuSO4500g/L、H2SO4175g/L。
实施例4
本实施例中薄壁铝合金成分按质量百分数为：Cu：0.2％；Mn：0.2％；Mg：1.5％；Zn：0.03％；Cr：0.1％；Ti：0.25％；Si：1％；Fe：0.2％；石墨烯：5％；余量为Al；
所述薄壁铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，在压力为750MPa下压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至715℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630℃进行变质处理，变质处理时间为30min，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，检测其硬度，结果见表1。
在本实施例中，所述成分的粒度为：Cu：70μm；Mn：80μm；Mg：120μm；Zn：60μm；Cr：60μm；Ti：120μm；Si：80μm；Fe：120μm；石墨烯：80μm；Al：120μm。
在本实施中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为70％；电流密度为7A/dm2；脉冲电流频率为100Hz，在温度为20℃下施镀70min，镀液成分为CuSO4450g/L、H2SO4150g/L。
实施例5
本实施例中薄壁铝合金成分按质量百分数为：Cu：0.1％；Mn：0.2％；Mg：2％；Zn：0.03％；Cr：0.02％；Ti：0.25％；Si：1％；Fe：0.2％；石墨烯：8％；余量为Al；
所述薄壁铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，在压力为800MPa下压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至715℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630℃进行变质处理，变质处理时间为25min，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，检测其硬度，结果见表1。
在本实施例中，所述成分的粒度为：Cu：60μm；Mn：100μm；Mg：80μm；Zn：60μm；Cr：80μm；Ti：120μm；Si：80μm；Fe：120μm；石墨烯：100μm；Al：100μm。
在本实施中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为60％；电流密度为6A/dm2；脉冲电流频率为120Hz，在温度为30℃下施镀80min，镀液成分为CuSO4500g/L、H2SO4200g/L。
实施例6
本实施例中薄壁铝合金成分按质量百分数为：Cu：0.1％；Mn：0.2％；Mg：2％；Zn：0.03％；Cr：0.02％；Ti：0.25％；Si：1％；Fe：0.2％；石墨烯：7.5％；余量为Al；
所述薄壁铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，在压力为750MPa下压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至700℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630℃进行变质处理，变质处理时间为30min，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，检测其硬度，结果见表1。
在本实施例中，所述成分的粒度为：Cu：60μm；Mn：100μm；Mg：80μm；Zn：60μm；Cr：80μm；Ti：120μm；Si：80μm；Fe：120μm；石墨烯：100μm；Al：100μm。
在本实施中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为70％；电流密度为7A/dm2；脉冲电流频率为100Hz，在温度为25℃下施镀80min，镀液成分为CuSO4450g/L、H2SO4200g/L。
对比例
本实施例中薄壁铝合金成分按质量百分数为：Cu：0.1％；Mn：0.2％；Mg：2％；Zn：0.03％；Cr：0.02％；Ti：0.25％；Si：1％；Fe：0.2％；余量为Al；
所述薄壁铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，在压力为700MPa下压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至730℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630℃进行变质处理，变质处理时间为30min，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型，检测其硬度，结果见表1。
在本实施例中，所述成分的粒度为：Cu：60μm；Mn：100μm；Mg：80μm；Zn：60μm；Cr：80μm；Ti：120μm；Si：80μm；Fe：120μm；石墨烯：100μm；Al：100μm。
在本实施中，所述电镀铜工艺为：电流占空比为60％；电流密度为6A/dm2；脉冲电流频率为120Hz，在温度为2℃下施镀80min，镀液成分为CuSO4450g/L、H2SO4150g/L。
表1.实施例1-6和对比例的实验结果
实施例 硬度(HV)
实施例1 719
实施例2 731
实施例3 724
实施例4 708
实施例5 710
实施例6 719
对比例 683
结果分析：从表1中可以得知实施例1-6中得到的铝合金的硬度都要高于对比例中得到的铝合金，其中，实施例2中的铝合金的硬度最高为731HV。实验结果表明掺杂有石墨烯的铝合金的耐磨性能与没有掺杂石墨烯的铝合金相比具有明显的提高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种薄壁铝合金的制备方法，其特征在于，该铝合金的成分按质量百分数为：Cu：0.1-0.25％；Mn：0.15-0.2％；Mg：1.5-3％；Zn：0.01-0.05％；Cr：0.02-0.2％；Ti：0.25-0.35％；Si：0.5-1％；Fe：0.2-0.35％；石墨烯：5-8％；余量为Al；
该方法包括以下步骤：
S1、将石墨烯在液态呋喃树脂中浸渍，取出后进行干燥；
S2、采用电镀铜工艺在石墨烯表面施镀，施镀完成后采用去离子水洗涤并干燥；
S3、将镀铜石墨烯与上述成分的粉末按照上述质量百分数充分混合均匀，压块，得到薄壁铝合金基块；
S4、将步骤S3中得到的薄壁铝合金基块置于坩埚中加热至熔化，得到薄壁铝合金熔体；
S5、将步骤S4中得到的铝合金熔体升温至700-730℃，经精炼、除气、扒渣，降温至630-650℃进行变质处理，扒渣后浇入预热后的金属型中快速冷却，成型。
2.如权利要求1所述的薄壁铝合金的制备方法，其特征在于，所述成分的粒度为：Cu：60-80μm；Mn：80-120μm；Mg：80-120μm；Zn：60-80μm；Cr：60-80μm；Ti：120-140μm；Si：80-120μm；Fe：80-120μm；石墨烯：80-120μm；Al：80-120μm。
3.如权利要求1所述的薄壁铝合金的制备方法，所述电镀铜工艺为：电流占空比为60-80％；电流密度为6-8A/dm2；脉冲电流频率为100-120Hz，在温度为20-30℃下施镀60-80min。
4.如权利要求1所述的薄壁铝合金的制备方法，所述电镀铜工艺中，镀液成分为CuSO4450-500g/L、H2SO4150-200g/L。
5.如权利要求1所述的薄壁铝合金的制备方法，所述步骤S5中的变质时间为20-30min。
6.如权利要求1所述的薄壁铝合金的制备方法，所述步骤S3中压块的压力为700-800MPa。
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