CN108624792A - 一种纳米级铝硅铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种纳米级铝硅铜合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种纳米级铝硅铜合金材料及其制备方法。本发明将纳米碳化硅和二硼化钛粉末通过一定的技术手段均匀分布在铝硅铜合金材料中，利用纳米级碳化硅高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，以及二硼化钛的高强度和耐酸碱腐蚀特性，实现合金材料的性能的进一步提升。本发明所得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。

Description

一种纳米级铝硅铜合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种纳米级铝硅铜合金材料及其制备方法。
背景技术
纳米碳化硅是一种通过一定的技术条件，在普通碳化硅材料的基础上制备而出的一种纳米材料。纳米碳化硅具有纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，高表面活性，松装密度低，极好的力学，热学，电学和化学性能，即具有高硬度，高耐磨性和良好的自润滑，高热传导率，低热膨胀系数及高温强度大等特点。
二硼化钛粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(AlB2)的晶体结构。它的熔点是2980℃，有很高的硬度。二硼化钛在空气中抗氧化温度可达1000℃，在HCl和HF酸中稳定。
国标铜合金材料ZQAL9-4或美标合金材料C95400是一种铝青铜材料，由于有较高的强度和减摩性，良好的耐蚀性，在热态下压力加工性良好，可电焊和气焊，主要用于如轴衬、轴套、法兰盘、齿轮及其他重要耐蚀、耐磨零件。但是在特殊应用方面，其性能难以满足，比如航空航天高强度耐压产品、石油工程设别的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米级铝硅铜合金材料及其制备方法。将金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中熔化，然后置于电炉中加入纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末，开启震动并搅拌，保温后铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
本发明的技术方案为：
一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取60～80重量份金属铝锭、15～20重量份铜硅合金、1～5重量份纳米碳化硅粉体、0.8～1.2重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温30～50min后转移至电炉中，加入纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液保温20～30min后，铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
优选地，所述金属铝锭的纯度为99.5～99.8％。
优选地，所述铜硅合金中铜的重量含量为67.5～75％，硅的重量含量为22～25％，其余为杂质。
优选地，所述纳米级碳化硅粉体的粒径为5μm～10μm。
优选地，步骤(2)中加热熔化的温度为650～700℃。
优选地，步骤(3)中熔炼温度为1580～1650℃。
优选地，步骤(4)中铸造温度为1000～1100℃。
上述方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料。
本发明的有益效果如下：
本发明将纳米碳化硅和二硼化钛粉末通过一定的技术手段均匀分布在铝硅铜合金材料中，利用纳米级碳化硅高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，以及二硼化钛的高强度和耐酸碱腐蚀特性，实现合金材料的性能的进一步提升。本发明所得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取68重量份铝含量为99.7％的金属铝锭、17重量份铜硅合金(铜含量为68％，硅含量为23％，其余为杂质)、3重量份粒径为5um的纳米碳化硅粉体、0.9重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将上述金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热至680℃熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温40min后转移至电炉中，加入上述纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，熔炼温度保持1600℃，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液在1600℃下保温25min后，在1100℃下铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
上述方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。
实施例2
一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取68重量份铝含量为99.8％的金属铝锭、18重量份铜硅合金(铜含量为68％，硅含量为24％，其余为杂质)、5重量份粒径为5um的纳米碳化硅粉体、0.9重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将上述金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热至680℃熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温35min后转移至电炉中，加入上述纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，熔炼温度保持1650℃，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液在1650℃下保温20min后，在1100℃下铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
上述方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。
实施例3
一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取75重量份铝含量为99.6％的金属铝锭、15重量份铜硅合金(铜含量为71％，硅含量为23％，其余为杂质)、3重量份粒径为8um的纳米碳化硅粉体、0.8重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将上述金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热至650℃熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温45min后转移至电炉中，加入上述纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，熔炼温度保持1620℃，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液在1620℃下保温30min后，在1050℃下铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
上述方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。
实施例4
一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取80重量份铝含量为99.5％的金属铝锭、15重量份铜硅合金(铜含量为69％，硅含量为23％，其余为杂质)、2重量份粒径为5um的纳米碳化硅粉体、1重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将上述金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热至700℃熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温45min后转移至电炉中，加入上述纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，熔炼温度保持1620℃，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液在1620℃下保温25min后，在1000℃下铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
上述方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。
实施例5
一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取65重量份铝含量为99.7％的金属铝锭、18重量份铜硅合金(铜含量为68％，硅含量为25％，其余为杂质)、4重量份粒径为10um的纳米碳化硅粉体、0.9重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将上述金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热至650℃熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温50min后转移至电炉中，加入上述纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，熔炼温度保持1580℃，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液在1580℃下保温30min后，在1100℃下铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
上述方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。
实施例6
一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取76重量份铝含量为99.6％的金属铝锭、20重量份铜硅合金(铜含量为69％，硅含量为23％，其余为杂质)、2重量份粒径为9um的纳米碳化硅粉体、1.2重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将上述金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热至660℃熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温40min后转移至电炉中，加入上述纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，熔炼温度保持1650℃，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液在1650℃下保温22min后，在1060℃下铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
上述方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可应用于航空航天高强度耐压产品、石油工程领域的耐磨件产品以及海洋工程设备耐腐蚀产品配件。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取60～80重量份金属铝锭、15～20重量份铜硅合金、1～5重量份纳米碳化硅粉体、0.8～1.2重量份二硼化钛粉末备用；
(2)将金属铝锭和铜硅合金置于坩埚中加热熔化，得到铝硅铜合金熔液；
(3)铝硅铜合金熔液保温30～50min后转移至电炉中，加入纳米碳化硅粉体和二硼化钛粉末置于铝硅铜合金熔液表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌熔炼，使其均匀混合，形成纳米级铝硅铜合金液；
(4)将纳米级铝硅铜合金液保温20～30min后，铸造成纳米级铝硅铜合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述金属铝锭的纯度为99.5～99.8％。
3.根据权利要求1所述的一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述铜硅合金中铜的重量含量为67.5～75％，硅的重量含量为22～25％，其余为杂质。
4.根据权利要求1所述的一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，其特征在于，所述纳米级碳化硅粉体的粒径为5μm～10μm。
5.根据权利要求1所述的一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中加热熔化的温度为650～700℃。
6.根据权利要求1所述的一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中熔炼温度为1580～1650℃。
7.根据权利要求1所述的一种纳米级铝硅铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中铸造温度为1000～1100℃。
8.权利要求1至7所述的任一种方法制备得到的纳米级铝硅铜合金材料。
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