CN110216275A - 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 - Google Patents
一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110216275A CN110216275A CN201910477611.8A CN201910477611A CN110216275A CN 110216275 A CN110216275 A CN 110216275A CN 201910477611 A CN201910477611 A CN 201910477611A CN 110216275 A CN110216275 A CN 110216275A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- base material
- preparation
- sintering
- powder metallurgy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 200
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 81
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910000048 titanium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 37
- -1 titanium hydride Chemical compound 0.000 claims description 35
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 32
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 24
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 19
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 17
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 claims description 11
- 241000720974 Protium Species 0.000 claims description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 235000010210 aluminium Nutrition 0.000 description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 9
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 6
- 229910001250 2024 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 4
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910001094 6061 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001008 7075 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000551 Silumin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000013350 formula milk Nutrition 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910000974 2014 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001334 3003 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001146 7039 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000009702 powder compression Methods 0.000 description 1
- 235000020610 powder formula Nutrition 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B22F1/0003—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/11—Making porous workpieces or articles
- B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
- B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
Abstract
本发明涉及一种粉末冶金铝基材料，原料粉末包括质量百分数为0.01％～5％的氢化钛，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末。本发明还涉及用于制备该种粉末冶金铝基材料的制备方法，包括以下步骤(a)混粉；(b)成形；(c)烧结；(d)热处理。该种粉末冶金铝基材料的烧结变形量较小，该种制备方法工艺简单适用于大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金铝基材料及其制备方法。
背景技术
铝合金是一种低密度、高比强度的轻质材料，铝合金取代铁基、铜基零件后有利于减轻自重、节能减排，铝合金在航空航天、汽车、机械制造、船舶、化学工业等领域已经得到大量应用。例如，超音速战斗机的横梁、高压气缸、汽车悬臂构件、发动机的叶片、机壳和缸套、汽车发动机和变速箱零件等都广泛使用铝合金。然而，许多零件不仅要求轻质和较好的力学性能，如硬度、强度、耐磨性、热膨胀系数、高温力学性能等，而且要求较高的尺寸精度。特别是结构零件，如变速箱的传动机构零件，对尺寸精度要求极高。这对铝合金零件的制造精度提出了较高的要求。
粉末冶金工艺节能节材、近净成形，是一种绿色制造技术，适合大规模生产。粉末冶金铝合金零件结合粉末冶金和铝合金的优势，具备足够的力学性能，可部分取代传统的铁基、铜基零件，有利于推动轻量化发展。但铝合金液相烧结的特性导致其烧结变形较严重，目前在粉末冶金领域常用模具设计来解决烧结变形的问题；但铝合金的烧结变形具有不均匀性和随机性，难以通过模具设计消除。烧结变形是粉末冶金铝基材料的关键技术难题之一，严重阻碍其批量化生产。因此，需要一种能采用其他方法解决该烧结变形问题的粉末冶金铝基材料及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种烧结变形量较小的粉末冶金铝基材料。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种用于制备上述粉末冶金铝基材料的工艺简单、生产效率较高、适用大批量生产的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金铝基材料，原料粉末包括质量百分数为0.01％～5％的氢化钛粉末，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末。
优选的，所述氢化钛粉末的质量百分数为0.1％～1.5％。
优选的，所述氢化钛粉末纯度为95％-99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5～2。
一种用于制备上述的粉末冶金铝基材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)混粉：将所述铝基体粉末、所述氢化钛粉末按照组分比例混合均匀，得到原料粉末；
(b)成形:将步骤(a)所得粉末压制成形，得到坯体；
(c)烧结：在保护气氛下对步骤(b)所得坯体进行烧结，获得烧结件；
(d)热处理：将步骤(c)制得的所述烧结件依次进行固溶处理和人工时效热处理；
对于所述烧结件为纯铝基体或是热处理不可强化的铝合金基体的不进行步骤(d)。
优选的，保护气氛为N2，H2，或Ar气氛。
优选的，所述步骤(c)的烧结温度为550～660℃，保温时间为5～60min。本发明保温完毕后的冷却采用随炉冷却，即继续在保护气氛保护下缓慢冷却。进一步优选，控制冷却时间0.5～3h。
优选的，所述步骤(d)的所述固溶处理的固溶温度为450～580℃，固溶时间为0.5～6h；所述人工时效的人工时效温度为100～200℃，人工时效时间为3～24h。
优选的，所述步骤(a)的所述铝基体粉末的平均粒度为30～100μm，所述氢化钛粉末的平均粒度为0.1～100μm。进一步优选的，所述铝基体粉末的平均粒度为60～80μm，氢化钛粉末平均粒度为1～45μm。
为了便于脱模与成形，在所述步骤(a)的所述原料粉末中添加润滑剂，所述润滑剂占所述原料粉末的质量分数为0.5％～2％。润滑剂可以选择硬脂酸类润滑剂或石蜡以及其他常用的润滑剂。润滑剂的添加方式为手动混合或混合机混合，其中优选的，混合机混合选用球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器中的任意一种混合机进行混合。
为了防止润滑剂影响复合材料，所述步骤(c)烧结前先对坯体进行脱蜡处理，脱蜡温度为350～450℃，脱蜡时间为20～50min。
优选的，所述步骤(a)混粉采用球磨机混合，球磨机转速为100～230r/min，球磨时间为4～8h。进一步优选的，所述球磨机转速为150～210r/min，球磨时间为5～6h。
优选的，步骤(b)中原料粉末的压制成形方式采用模压成形，成形压力为150～500MPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在铝基粉末冶金配方中添加氢化钛，可显著减小烧结变形，稳定烧结后尺寸，有助于保持近净成形优势。引起烧结变形的因素有很多，适当添加氢化钛可在高温下释放氢气，除去烧结坯中的氧，有利于形成良好的烧结颈，避免不良烧结带来的烧结变形。其次，氢化钛脱氢是逐步进行的，在400℃以上随着温度升高，氢气缓慢释放出来，适量地削弱烧结液相对固体颗粒的润湿，降低了液相与固体颗粒骨架的相互影响，一定程度上减小了烧结变形。另外，氢化钛是冶炼钛的中间产物之一，用途广泛，来源充足，适量添加的成本也不高，添加的方式较为简单，适用于批量生产。
本发明从原料粉配方的角度出发，通过改善粉末冶金铝基材料的组分配比来解决采用粉末冶金方法来制备铝合金时的烧结变形问题，这种方法无需对生产设备和工艺进行大幅度的改造，使用较为方便，成本较低，且具有较高的产生效率，能够进行大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例2中氢化钛颗粒的微观形貌图；
图2为本发明实施例2中烧结件的断口形貌图；
图3为本发明实施例5中混合粉末的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例以纯铝基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为60μm的铝单质粉末与平均粒径为45μm的氢化钛粉末用研钵研磨混合均匀，得到原料粉末，其中氢化钛粉末在原料粉末中的质量分数为0.01％，余量为铝单质粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为150MPa，保压时间为15s。
(3)烧结：采用管式炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，烧结温度为650℃，烧结保温时间为60min，保温结束后随炉冷却。该步骤的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
经过测试，未加氢化钛粉末的纯铝粉烧结后强度是68MPa，烧结变形量达3％；纯铝粉加入0.01％的氢化钛粉末后，烧结而成的粉末冶金铝基材料的强度是63MPa，烧结变形量为2.95％。
实施例2：
本实施例以2014铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为78μm的2014铝合金粉末与平均粒径为10μm的氢化钛粉末混合得到原料粉末，原料粉末在转速为120r/min的行星式球磨机上球磨4h混合均匀，其中氢化钛粉末在原料粉末中的质量分数为1％，余量为2014铝合金粉末。该步骤所用氢化钛粉末优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形：利用V型混合器，在将步骤(1)所得粉末中混入占原料粉末的质量分数为0.5wt％的硬脂酸锌作为润滑剂，混合均匀后，将粉末进行模压成形，压制压力为400MPa，保压时间为20s；
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为350℃，脱蜡时间为30min；烧结温度为595℃，烧结保温时间为40min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在2h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。如图2所示，氢化钛改性粉末冶金2014铝合金材料的烧结件断面韧窝明显，表明烧结件实现了良好的冶金结合，具有较高的机械性能。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为510℃，固溶时间为1h，人工时效温度为180℃，人工时效时间为15h。
并且经过测试，未加氢化钛粉末的2014铝合金粉烧结后强度是235MPa，变形量达到1.63％；2014铝合金粉加入1％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性粉末冶金2014铝合金材料的强度是229MPa，变形量为0.52％。
实施例3：
本实施例以7039铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为45μm的7039铝合金粉末与平均粒径为16μm的氢化钛粉末混合得到原料粉末，原料粉末在转速为185r/min的行星式球磨机上球磨4.5h混合均匀，其中氢化钛粉末在原料粉末中的质量分数为1.5％，余量为7039铝合金粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为95％，其中钛元素与氢元素物质的量比为2。
(2)成形：利用螺旋混合器，在将步骤(1)所得粉末中混入占原料粉末的质量分数为0.8％的硬脂酸锌作为润滑剂，混合均匀后，将粉末进行模压成形，压制压力为180MPa，保压时间为15s；
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为350℃，脱蜡时间为22min；烧结温度为550℃，烧结保温时间为5min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在0.5h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为450℃，固溶时间为0.8h，人工时效温度为150℃，人工时效时间为3h。
经过测试，未加氢化钛粉末的7039铝合金粉烧结后强度是134MPa，变形量可达0.75％；7039铝合金粉加入1.5％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性粉末冶金7039铝合金材料的强度是110MPa，变形量达到0.43％。
实施例4：
本实施例以6061铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为80μm的6061铝合金粉末与平均粒径为0.1μm的氢化钛粉末混合得到原料粉末，其中氢化钛粉末占原料粉末的质量分数为5％，余量为6061铝合金粉末。原料粉末在转速为100r/min的行星式球磨机上球磨5h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的硬脂酸作为润滑剂，球磨结束后，获得混合粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为200MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，烧结环境的氧含量低于10ppm，露点低于-40℃，脱蜡温度为450℃，脱蜡时间为20min；烧结温度为590℃，烧结保温时间为60min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，获得烧结件。该步骤的烧结环境优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为580℃，固溶时间为0.5h；人工时效温度为160℃，人工时效时间为24h。
经过测试，未加氢化钛粉末的6061铝合金粉烧结后强度是127MPa，变形量可达1.58％；6061铝合金粉加入5％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性粉末冶金6061铝合金材料的强度是114MPa，变形量达到0.54％。
实施例5：
本实施例以6061铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为75μm的6061铝合金粉末与平均粒径为35μm的氢化钛粉末混合得到原料粉末，其中氢化钛粉末占原料粉末的质量分数为1.2％，余量为6061铝合金粉末。原料粉末在转速为150r/min的行星式球磨机上球磨5.5h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.8％的硬脂酸作为润滑剂，球磨结束后，获得混合粉末。如图3所示，可见6061铝合金粉末与氢化钛粉末混合均匀。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为350MPa，保压时间为25s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，烧结环境的氧含量低于10ppm，露点低于-40℃，脱蜡温度为370℃，脱蜡时间为45min；烧结温度为660℃，烧结保温时间为55min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在2.5h内降至室温，获得烧结件。该步骤的烧结环境优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为550℃，固溶时间为3.5h；人工时效温度为200℃，人工时效时间为15h。
经过测试，未加氢化钛粉末的6061铝合金粉烧结后强度是193MPa，变形量达到1.96％；6061铝合金粉加入1.2％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性粉末冶金6061铝合金材料的强度是187MPa，变形量达到0.68％。
实施例6：
本实施例以7075铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为100μm的7075铝合金粉末与平均粒径为1μm的氢化钛粉末混合获得原料粉末，其中原料粉末中的氢化钛粉末的质量分数为0.9％，余量为7075铝合金粉末。原料粉末在转速为200r/min的行星式球磨机上球磨5h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为2％的石蜡作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为98％，其中钛元素与氢元素物质的量比为1。
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为450MPa，保压时间为30s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为350℃，脱蜡时间为50min；烧结温度为620℃，烧结保温时间为30min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理:将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为460℃，固溶时间为6h，人工时效温度为100℃，人工时效时间为8h。
经过测试，未加氢化钛粉末的7075铝合金粉烧结后强度是241MPa，变形量可达1.70％；7075铝合金粉加入0.9％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性粉末冶金7075铝合金材料的强度是231MPa，变形量达到0.71％。
实施例7：
本实施例以高硅铝合金4A11铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为30μm的4A11铝合金粉末与平均粒径为100μm的氢化钛粉末混合得到原料粉末，其中原料粉末中的氢化钛粉末的质量分数为0.08％，余量为4A11铝合金粉末。原料粉末在转速为130r/min的行星式球磨机上球磨6h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的硬脂酸，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为250MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用管式炉进行烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为400℃，脱蜡时间为35min；烧结温度为610℃，烧结保温时间为50min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在1h内降至室温，得到烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为525℃，固溶时间为1.5h，人工时效温度为175℃，人工时效时间为10h。
经过测试，未加氢化钛粉末的4A11铝合金粉烧结后强度是186MPa，变形量可达2.10％；4A11铝合金粉加入0.08％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性粉末冶金4A11铝合金材料的强度是168MPa，变形量达到2.01％。
实施例8：
本实施例以高硅铝合金Al-10Si基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为50μm的Al-10Si铝合金粉末与平均粒径为62μm的氢化钛粉末混合得到原料粉末，其中原料粉末中的氢化钛粉末的质量分数为0.05％，余量为Al-10Si铝合金粉末。原料粉末在转速为230r/min的行星式球磨机上球磨8h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的石蜡作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为250MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为380℃，脱蜡时间为40min；烧结温度为595℃，烧结保温时间为45min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，得到烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为520℃，固溶时间为2h，人工时效温度为170℃，人工时效时间为10h。
经过测试，未加氢化钛粉末的Al-10Si铝合金粉烧结后强度是130MPa，变形量可达1.89％；Al-10Si铝合金粉加入0.05％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性粉末冶金Al-10Si铝合金材料的强度是122MPa，变形量达到1.32％。
实施例9：
本实施例以陶瓷颗粒增强的Al2O3-2024铝基复合材料基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为85μm的Al2O3-2024铝基复合材料粉末与平均粒径为15μm的氢化钛粉末混合获得原料粉末，其中原料粉末中的氢化钛粉末的质量分数为0.1％，余量为Al2O3-2024铝基复合材料粉末。原料粉末在转速为210r/min的行星式球磨机上球磨7h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1％的硬脂酸锌作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为300MPa，保压时间为20s。
(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为440℃，脱蜡时间为25min；烧结温度为585℃，烧结保温时间为40min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在2h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
(4)热处理：将上述烧结件进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为490℃，固溶时间为1h，人工时效温度为190℃，人工时效时间为20h。
经过测试，未加氢化钛粉末的Al2O3-2024粉烧结后强度是226MPa，变形量可达1.50％；Al2O3-2024粉加入0.1％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性Al2O3-2024铝基复合材料的强度是215MPa，变形量达到1.03％。
实施例10：
本实施例以热处理不可强化的3003铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)混粉：将平均粒径为70μm的3003铝合金粉末与平均粒径为70μm的氢化钛粉末混合获得原料粉末，其中原料粉末中的氢化钛粉末的质量分数为0.4％，余量为3003铝合金粉末。原料粉末在转速为190r/min的行星式球磨机上球磨4h，在球磨结束前0.5h，向原料粉末中添加占原料粉末的质量分数为1.5％的石蜡作为润滑剂，球磨结束后，得到混合粉末。该步骤所用氢化钛粉末可以优选纯度为99.9％，其中钛元素与氢元素物质的量比为0.5。
(2)成形:将步骤(1)所得进行模压成形，压制压力为500MPa，保压时间为10s。
(3)烧结：采用推杆式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为400℃，脱蜡时间为30min；烧结温度为570℃，烧结保温时间为40min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在3h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。
经过测试，未加氢化钛粉末的3003铝合金粉烧结后强度是112MPa，变形量可达0.80％；3003铝合金粉加入0.4％的氢化钛粉末后，烧结而成的氢化钛改性3003铝合金材料的强度是98MPa，变形量达到0.65％。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种粉末冶金铝基材料，其特征在于：原料粉末包括质量百分数为0.01％～5％的氢化钛粉末，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基材料，其特征在于：所述氢化钛粉末的质量百分数为0.1％～1.5％。
3.根据权利要求1或2所述的粉末冶金铝基材料，其特征在于：所述氢化钛粉末中钛元素与氢元素物质的量比为0.5～2。
4.一种用于制备如权利要求1至3中任一项所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)混粉：将所述铝基体粉末、所述氢化钛粉末按照组分比例混合均匀，得到原料粉末；
(b)成形:将步骤(a)所得粉末压制成形，得到坯体；
(c)烧结：在保护气氛下对步骤(b)所得坯体进行烧结，获得烧结件；
(d)热处理：将步骤(c)制得的所述烧结件依次进行固溶处理和人工时效热处理；
对于所述烧结件为纯铝基体或是热处理不可强化的铝合金基体的不进行步骤(d)。
5.根据权利要求4所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)的烧结温度为550～660℃，保温时间为5～60min。
6.根据权利要求4所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(d)的所述固溶处理的固溶温度为450～580℃，固溶时间为0.5～6h；所述人工时效的人工时效温度为100～200℃，人工时效时间为3～24h。
7.根据权利要求3所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)的所述铝基体粉末的平均粒度为30～100μm，所述氢化钛粉末的平均粒度为0.1～100μm。
8.根据权利要求4所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤(a)的所述原料粉末中添加润滑剂，所述润滑剂占所述原料粉末的质量分数为0.5％～2％。
9.根据权利要求8所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)烧结前先对坯体进行脱蜡处理，脱蜡温度为350～450℃，脱蜡时间为20～50min。
10.根据权利要求4所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)混粉采用球磨机混合，球磨机转速为100～230r/min，球磨时间为4～8h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910477611.8A CN110216275B (zh) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910477611.8A CN110216275B (zh) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110216275A true CN110216275A (zh) | 2019-09-10 |
| CN110216275B CN110216275B (zh) | 2022-01-25 |
Family
ID=67819121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910477611.8A Active CN110216275B (zh) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110216275B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111549245A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-18 | 河南中钻新材料有限公司 | 一种粉末冶金超高强铝合金的制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5972285A (en) * | 1997-06-10 | 1999-10-26 | Th. Goldschmidt Ag | Foamable metal articles |
| JP2008527167A (ja) * | 2005-01-10 | 2008-07-24 | ハー ツェー シュタルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンデイトゲゼルシヤフト | 金属粉混合物 |
| CN104294070A (zh) * | 2014-11-11 | 2015-01-21 | 安徽工业大学 | 一种低温烧结制备含Mg铝合金的方法 |
| CN103436759B (zh) * | 2013-09-10 | 2015-09-16 | 株洲硬质合金集团有限公司 | 一种Zr元素增韧的WC-Ni3Al硬质合金及其制备方法 |
| CN106498211A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-03-15 | 华南理工大学 | 纳米氧化铝颗粒原位增强高热稳纳米相复合结构Al‑Sn合金的制备方法 |
| CN106191493B (zh) * | 2016-07-15 | 2018-01-12 | 湖南大学 | 一种粉末冶金钛合金的制备方法 |
| CN109763012A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-17 | 山东理工大学 | 熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法 |
-
2019
- 2019-06-03 CN CN201910477611.8A patent/CN110216275B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5972285A (en) * | 1997-06-10 | 1999-10-26 | Th. Goldschmidt Ag | Foamable metal articles |
| JP2008527167A (ja) * | 2005-01-10 | 2008-07-24 | ハー ツェー シュタルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンデイトゲゼルシヤフト | 金属粉混合物 |
| CN103436759B (zh) * | 2013-09-10 | 2015-09-16 | 株洲硬质合金集团有限公司 | 一种Zr元素增韧的WC-Ni3Al硬质合金及其制备方法 |
| CN104294070A (zh) * | 2014-11-11 | 2015-01-21 | 安徽工业大学 | 一种低温烧结制备含Mg铝合金的方法 |
| CN106191493B (zh) * | 2016-07-15 | 2018-01-12 | 湖南大学 | 一种粉末冶金钛合金的制备方法 |
| CN106498211A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-03-15 | 华南理工大学 | 纳米氧化铝颗粒原位增强高热稳纳米相复合结构Al‑Sn合金的制备方法 |
| CN109763012A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-17 | 山东理工大学 | 熔体发泡增强泡沫铝复合发泡剂的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111549245A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-18 | 河南中钻新材料有限公司 | 一种粉末冶金超高强铝合金的制备方法 |
| CN111549245B (zh) * | 2020-05-27 | 2021-07-09 | 河南中钻新材料有限公司 | 一种粉末冶金超高强铝合金的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110216275B (zh) | 2022-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107363262B (zh) | 一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用 | |
| CN108145156B (zh) | 一种高性能tzm钼合金棒材的制备方法 | |
| CN110142402A (zh) | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 | |
| CN112063869B (zh) | 一种氢辅粉末冶金钛基复合材料的制备方法 | |
| CN104630639B (zh) | 一种纳米氮化钇弥散强化铁基合金及制备方法 | |
| CN111347048A (zh) | 低成本的钛合金间接增材制造方法 | |
| CN111455204B (zh) | 一种制备NiAl金属间化合物的方法 | |
| CN101121972A (zh) | 一种Mo-Cu复合材料的制备方法 | |
| CN112593123B (zh) | 一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN109207766A (zh) | 一种组织可控高铝含量Cu-Al2O3纳米弥散铜合金制备工艺 | |
| CN105838911A (zh) | 一种制备氧化铝弥散强化铜的方法 | |
| CN111471896B (zh) | 一种纳米二氧化铪强化NiAl复合材料的制备方法 | |
| CN110216276A (zh) | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 | |
| CN109332717B (zh) | 一种球形钼钛锆合金粉末的制备方法 | |
| CN110216275A (zh) | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 | |
| CN114799155A (zh) | 陶瓷颗粒强化难熔高熵合金的制备方法 | |
| CN110184487A (zh) | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 | |
| CN110157930A (zh) | 一种粉末冶金铝基材料及其制备方法 | |
| CN110983152B (zh) | 一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni基形状记忆合金及其制备方法 | |
| CN102268564A (zh) | 一种氧化物弥散强化镍基合金的制备方法 | |
| CN108500276B (zh) | 金属氧化物制造零件的方法 | |
| CN114433859B (zh) | 一种高品质钛合金粉末用电极、其制备和应用 | |
| CN113414386B (zh) | 一种梯度还原氧化物低温制备块体合金的方法 | |
| CN108220644A (zh) | 一种纳米SiO2增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN113957288B (zh) | 一种低成本高性能的TiBw/Ti复合材料及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 1508, Jingjiang Road, Yinzhou Industrial Park, Ningbo City, Zhejiang Province Applicant after: MBTM New Materials Group Co.,Ltd. Address before: 315191 No.8 Jingjiang Road, Yinzhou Industrial Park, Ningbo, Zhejiang Province Applicant before: MBTM New Materials Group Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |