CN111197147B - 一种铝合金及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，具体的说是一种铝合金及其加工方法，铝合金由以下原料按重量比构成:铝(AL)92～96％；锂(Li)1.5～2％；钴(Co)0.8～1.2％；镍(Ni)1～2％；铁(Fe)2～2.5％；锰(Mn)0.2～0.5％；原料中还包括占总质量比2～5％的稀土金属粉末；所述稀土金属粉末为镧(La)、铈(Ce)和钆(Gd)按照1:1:1比例进行混合的金属经过粉碎研磨后的粉末；所述稀土金属粉末粒度处于10～20μm之间；所述碳纤维为PAN基碳纤维；本发明可实现铝合金制品在成型前预设成型后的形状，可有效避免铝合金制品成型后进行打磨和切割过程中浪费人力物力，同时可有效避免铝合金制品在成型过程中发生褶皱和导致铝合金内部分组分分布不均的现象，从而达到提高铝合金制品整体质量的目的。

Description

一种铝合金及其加工方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体的说是一种铝合金及其加工方法。
背景技术
随着技术的发展现有铝合金在制作壳体的领域应用越来越广泛，尤其是在智能设备外壳的应用领域中，铝合金以其轻盈的质地、优秀的延展性能和可塑造性能使其被广泛使用，但现有技术中，铝合金制备的外壳等具备以上优点的同时还具备强度较差、质地不够坚硬、易发生形变等缺点，详情请见期刊金属与粉末冶金，新材料产业，2019(12)。
中国专利发布的一种铝合金材料，专利号201810272188，包括：10％～15％的铜；0.15％～0.3％的锰；余量为铝；该方案通过对加入铝合金中金属元素进行调整，从而增强铝合金成品的耐腐蚀性，但该方案中所制得的成品质地较软、强度不足且易发生变形，不适合用于制造轻薄型铝合金制品，丧失了铝合金最优质的性能。
同时现有技术中对铝合金制品进行制备时，通常进行浇筑成型后再通过打磨切割后使铝合金制品成型，打磨和切割的过程均较为浪费人力物力，同时打磨和切割下的铝合金回收再利用的时过于浪费资源，且铝合金在制备过程中极易产生过于气体，并在铝合金制品表面形成大量褶皱，后期打磨浪费人力物力。
鉴于此，本公司研制了一种高强度、耐腐蚀且具备耐高温、不易变形的一种铝合金，用于解决上述问题。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中铝合金在制备轻薄型壳体时质地较软、强度不足易变形的问题，本发明提出的一种铝合金及其加工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种铝合金加工方法，该铝合金由以下原料按重量比构成:
铝(AL)92～96％；锂(Li)1.5～2％；钴(Co)0.8～1.2％；镍(Ni)1～2％；铁(Fe)2～2.5％；锰(Mn)0.2～0.5％；
原料中选取的锂元素作为最轻的金属元素，同时还具备较强的硬度，将其加入至金属铝中形成合金，可以有效地配合铁元素增强金属铝的机械强度，改善金属铝质地较软的缺陷，同时锂还可以中和加入铁元素导致铝合金重量的增加，而在铝合金中加入适量的锰元素可以有效的在进行熔炼时，将合金中存在的氧气脱离，避免铝元素被氧化生成氧化铝杂质，镍元素的加入起到明显的催化作用，加快锂元素和钴元素在铝液中的溶解速率，从而有效提高锂元素在铝液中的溶解度，使制得的合金粗胚中锂元素含量有所提升，从而起到增强铝合金机械强度以及减轻铝合金重量的效果。
优选的，原料中还包括占总质量比2～5％的稀土金属粉末；所述稀土金属粉末为镧(La)、铈(Ce)和钆(Gd)按照1:1:1比例进行混合的金属经过粉碎研磨后的粉末；所述稀土金属粉末粒度处于10～20μm之间；
原料中添加的镧(La)、铈(Ce)和钆(Gd)均属于轻稀土，将其三者混合使用，可以作为金属净化变质剂使用，从而有效的使合金晶粒细化，从而提高合金在熔融状态时的工艺流动性，在进行合金塑性时能有效的加快合金中各组分之间的流动速率，增强合金中各组分的混合均匀度，从而有效的提高合金的性能，同时其化学性质赋予合金较高的热吸收能力，从而有效的降低合金的热膨胀系数，减少内应力，还可以提高合金的耐腐蚀性能。
优选的，原料中还包括碳纤维；
原料中选取的PAN基碳纤维作为碳纤维的一种，其制造时需要在炭化炉中高达1000～2000℃的温度下进行碳化，将其加入合金原料中，可以有效的提升合金的热抵抗性能，同时碳纤维作为一种高强度、轻质量且耐腐蚀的优质材料，将其作为一种增强材料加入至合金原料中可以有效地提高合金的机械强度和耐高温、耐腐蚀性能，同时其本身质地轻盈，可以有效地降低合金的重量。
加工方法包括以下步骤：
S1：将铝、锂、钴、镍、铁、锰按照比例添加至熔炼炉中，控制熔炼炉中温度保持在700～900℃之间，在氮气的保护下将原料进行熔炼，并在熔炼过程中对熔融的铝液进行扒渣处理，得到熔体；首先将铝基与各类添加元素进行熔融共炼，可以初步去除杂质、并使各添加元素与铝基进行初步混合，从而对铝基进行初步的催化、改性，从而方便后续的粉碎；
S2：将S1中得到的熔体通过耐高温导管和耐高温喷头喷出，喷头直径控制在0.05-0.11厘米之间，使喷头将熔体均匀喷出于水平放置的板上，使各小体积熔体自然冷却得到金属颗粒；通过将熔体进行喷出冷却得到金属颗粒，可有效降低后期进行粉碎过程中的粉碎难度，从而提高生产效率；
S3：将S2中得到的金属颗粒进行喷水瞬冷冻，冷冻完成后通入破碎机内进行破碎，并将破碎后的金属颗粒通入精细筛分机中，控制筛网目数为260～300目之间，并将筛出的大颗粒金属粉末重新进行瞬冷冻、破碎机内破碎和精细筛分机破碎，得到合金金属粉末；将金属锭制成合金金属粉末后，方便金属锭中分散不均匀的元素重新进行混合，且固体粉末状进行混合时相比较于熔融状混合，可以有效的防止元素偏析，造成元素分布不均匀，从而影响铝合金的整体质量，同时通过瞬冷冻后加入破碎机内进行破碎，可使金属颗粒质地更脆，方便破碎机的破碎，降低破碎机的工作强度；
S4：将制取的合金金属粉末与稀土元素粉末、碳纤维通入惰性气体保护的搅拌器内，控制混合装置转速240～300r/min，混合时间5min，然后将混合均匀的粉末填充入陶瓷制备的包套内；将合金粉末与稀土元素粉末以及碳纤维在混合装置中进行搅拌，可以利用三者均属于固体粉末状态时无法发生物化反应，从而使三者之间均匀混合，从而增强制得的铝合金中各组分的均匀性；
S5：使用抽气机将包套内吸附在粉末表面、粉末间空隙和包套内的气体抽取，然后将包套进行真空密封，密封完毕后启动包套上的加热炉，向包套中反复进行充入和吸出氮气，并控制加热炉加热至850-950℃之间，进行保温烧结1～2h；使用包套和反复的冲入和吸出氮气对合金粉末与碳纤维、稀土粉末进行加压熔炼，可以有效地使包套中粉末受力均匀，同时还可以有效地使铝合金达到100％致密化，有效地提高铸件整体力学性能，同时使制得的铝合金制品结构更加均匀，同时反复的冲入和吸出氮气，可使铝及铝合金铸锭结晶时析出的大量氢和其他杂质气体吸收，避免大量氢和其他杂质气体影响铝合金的加压熔炼；
S6：将S4中将烧结完成后的包套冷却至室温后，去除包套得到半成品铝合金制品，将半成品铝合金制品进行打磨后再进行阳极氧化处理，在铝合金表面形成均匀的阳极氧化膜后即制得成品铝合金制品；阳极氧化处理后的铝合金制品不仅外观美观，同时表面的氧化层还可以有效地提高铝合金制品表面的耐磨损性能和防腐蚀性能。
优选的，其中，所述包套由两个半体通过固定板和螺栓固定密封而成；所述包套外表面包裹有加热炉；所述包套与加热炉接触部分表面由耐高温导热材料制成；所述包套内设有软膜；所述软膜由软质弹性耐高温材料制成；所述软膜内开设有均匀布置的空腔，每个空腔均通过不同的外部气源进行供气；所述包套表面固连有第一抽气管和第二抽气管；所述第一抽气管穿过软膜插入包套内设置，第一抽气管外部可连接外部气泵，外部气泵用于对包套内进行抽气和吸气；所述第二抽气管插入包套与软膜之间的空间，第二抽气管位于包套外的一端可外接气泵，对包套和软膜之间进行抽气和吸气；所述包套顶部开设有加料口，加料口处设有密封门，软膜可粘附于密封门上；所述包套内壁开设有均匀布置的卡槽；所述卡槽内壁开设有螺纹；工作时，在使用前将软膜从密封门上取下后，根据成品铝合金制成所需形状，可在卡槽内通过螺纹旋紧适应的柱形、环形或其他形状的物体，以调整所需铝合金制品表面形状，形状调整完成后通过固定板和螺栓将两个半体密封连接，并粘附软膜，形成整体的包套，将混合均匀的粉末填充入陶瓷制备的包套内的软膜上，同时通过第二抽气管抽取软膜和包套之间空间的气体，使软膜紧贴包套内壁表面，从而使软膜表面形成卡槽内卡接的物体形状，当需要再次对铝合金制品进行形状的微调时，可通过外部气源对软膜内对应的不同空腔进行供气，使软膜表面形成凸起，从而可进行铝合金制品形状的再调整，可有效防止铝合金制品制成后，进行打磨切割达到想要的形状，费时费力，且容易造成铝合金材料的浪费和对铝合金材料回收利用过程中能源的消耗，从而达到节省人力物力，降低能源消耗的效果，从而进一步提高铝合金制品的生产效率，当形状调整完成后，启动加热炉，对包套内混合均匀的粉末进行加热，在加热过程中通过第一抽气管反复对软膜内的加热粉末进行抽出氮气和充入氮气，可使铝及铝合金铸锭结晶时析出的大量氢和其他杂质气体吸收，避免大量氢和其他杂质气体影响铝合金的加压熔炼，当铝合金制品制备完成后，打开密封门，通过固定板和螺栓将包套分成两个半体，取下软膜后即得半成品铝合金制品，通过软膜可有效防止半成品铝合金制品粘附于包套表面，造成半成品铝合金制品的取下困难，从而提高铝合金制品的生产效率，节省人力。
优选的，所述包套侧壁开设有凹槽；所述凹槽内铰接有搅动轴；所述搅动轴一端铰接于包套侧壁，另一端穿过软膜延伸至包套软膜内的包套内空间设置；所述搅动轴子弹头形设计；所述搅动轴顶端内部固连有第一磁铁块；所述第一磁铁块表面包裹有隔温层；所述加热炉外表面与搅动轴对应位置开设有滑槽；所述滑槽内滑动连接有第二磁铁块；所述第二磁铁块表面包裹有耐高温层；所述第一磁铁块和第二磁铁块异性磁极相对；所述包套表面开设有观察口；所述观察口内固连有耐高温透明材料；所述软膜由透明材料制成；工作时，因熔体的粘度大，流速慢，其敞露液面上的温度比其他部位的要低0-℃，该部位的熔体得不到及时更新，形成的表面膜较厚，在表面张力的作用下可将该表面膜拉断，当这部分表层金属翻卷至铸锭表面时，因膜的导热性差，极易导致该部位皱褶缺陷的形成，当工作人员通过观察口观察表面即将形成表面膜时，可通过滑动第二磁铁块，通过磁力带动第一磁铁块摆动，从而带动搅动轴摆动，对表面膜进行破碎，同时使其他熔体向表面流动，有效避免表面膜的形成，从而有效防止铝合金制品表面产生褶皱，进一步提高铝合金制品的生产效率节省人力物力，同时通过搅动轴的搅动可使熔体分布更加均匀，从而进一步增强铝合金各组分的分布均匀度。
优选的，所述搅动轴长度大于包套高度的一半，小于包套高度；所述搅动轴内开设有吸液槽；所述包套外固连有排液管；所述排液管穿入包套内并通过软管与吸液槽连通，软管为耐高温材料制成；所述排液管可外接微型泵，可对排液管进行吸液；工作时，当熔体出现分层时，即熔体中夹杂物发生沉浮时，通过滑动第二磁铁块孔至搅动轴一端伸入分层内，通过外接微型泵对排液管进行吸液，从而是分层后的夹杂物通过搅动轴的吸液槽和软管及排液管排出，可有效提高铝合金制品的整体强度和力学性能，提高铝合金制品的合格率，从而提高铝合金制品的生产效率，降低人力物力的消耗及资源的浪费。
一种铝合金，原料中所述碳纤维为PAN基碳纤维；
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种铝合金及其加工方法，通过向原料中添加锰元素先对各组分之间的氧气进行去除，然后加入稀土元素使熔融态的金属流中晶粒更加精细，从而提高制得的合金的整体性能，而碳纤维的加入可以有效地对铝合金的力学性能起到明显的增强作用，配合粉末冶金进行铸造，使最终制得的铝合金性能更加优越。
2.本发明所述的一种铝合金及其加工方法，通过包套的设置可实现铝合金制品在成型前预设成型后的形状，可有效避免铝合金制品成型后进行打磨和切割过程中浪费人力物力，同时可有效避免铝合金制品在成型过程中发生褶皱和导致铝合金内部分组分分布不均的现象，从而达到提高铝合金制品整体质量的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的方法流程图；
图2是包套的剖视图；
图3是图2中A处局部放大图；
图中：包套1、半体11、固定板12、加热炉13、软膜14、空腔15、第一抽气管16、第二抽气管17、加料口18、密封门19、卡槽2、凹槽21、搅动轴22、第一磁铁块23、滑槽24、第二磁铁块25、吸液槽26、排液管27。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示，本发明所述的一种铝合金，该铝合金由以下原料按重量比构成:
铝(AL)92～96％；锂(Li)1.5～2％；钴(Co)0.8～1.2％；镍(Ni)1～2％；铁(Fe)2～2.5％；锰(Mn)0.2～0.5％；
原料中选取的锂元素作为最轻的金属元素，同时还具备较强的硬度，将其加入至金属铝中形成合金，可以有效地配合铁元素增强金属铝的机械强度，改善金属铝质地较软的缺陷，同时锂还可以中和加入铁元素导致铝合金重量的增加，而在铝合金中加入适量的锰元素可以有效的在进行熔炼时，将合金中存在的氧气脱离，避免铝元素被氧化生成氧化铝杂质，镍元素的加入起到明显的催化作用，加快锂元素和钴元素在铝液中的溶解速率，从而有效提高锂元素在铝液中的溶解度，使制得的合金粗胚中锂元素含量有所提升，从而起到增强铝合金机械强度以及减轻铝合金重量的效果。
作为本发明的一种实施方式，原料中还包括占总质量比2～5％的稀土金属粉末；所述稀土金属粉末为镧(La)、铈(Ce)和钆(Gd)按照1:1:1比例进行混合的金属经过粉碎研磨后的粉末；所述稀土金属粉末粒度处于10～20μm之间；
原料中添加的镧(La)、铈(Ce)和钆(Gd)均属于轻稀土，将其三者混合使用，可以作为金属净化变质剂使用，从而有效的使合金晶粒细化，从而提高合金在熔融状态时的工艺流动性，在进行合金塑形时能有效的加快合金中各组分之间的流动速率，增强合金中各组分的混合均匀度，从而有效的提高合金的性能，同时其化学性质赋予合金较高的热吸收能力，从而有效的降低合金的热膨胀系数，减少内应力，还可以提高合金的耐腐蚀性能。
作为本发明的一种实施方式，原料中还包括碳纤维；
原料中选取的PAN基碳纤维作为碳纤维的一种，其制造时需要在炭化炉中高达1000～2000℃的温度下进行碳化，将其加入合金原料中，可以有效的提升合金的热抵抗性能，同时碳纤维作为一种高强度、轻质量且耐腐蚀的优质材料，将其作为一种增强材料加入至合金原料中可以有效地提高合金的机械强度和耐高温、耐腐蚀性能，同时其本身质地轻盈，可以有效地降低合金的重量。
加工方法包括以下步骤：
S1：将铝、锂、钴、镍、铁、锰按照比例添加至熔炼炉中，控制熔炼炉中温度保持在700～900℃之间，在氮气的保护下将原料进行熔炼，并在熔炼过程中对熔融的铝液进行扒渣处理，得到熔体；首先将铝基与各类添加元素进行熔融共炼，可以初步去除杂质、并使各添加元素与铝基进行初步混合，从而对铝基进行初步的催化、改性，从而方便后续的粉碎；
S2：将S1中得到的熔体通过耐高温导管和耐高温喷头喷出，喷头直径控制在0.05-0.11厘米之间，使喷头将熔体均匀喷出于水平放置的板上，使各小体积熔体自然冷却得到金属颗粒；通过将熔体进行喷出冷却得到金属颗粒，可有效降低后期进行粉碎过程中的粉碎难度，从而提高生产效率；
S3：将S2中得到的金属颗粒进行喷水瞬冷冻，冷冻完成后通入破碎机内进行破碎，并将破碎后的金属颗粒通入精细筛分机中，控制筛网目数为260～300目之间，并将筛出的大颗粒金属粉末重新进行瞬冷冻、破碎机内破碎和精细筛分机破碎，得到合金金属粉末；将金属锭制成合金金属粉末后，方便金属锭中分散不均匀的元素重新进行混合，且固体粉末状进行混合时相比较于熔融状混合，可以有效的防止元素偏析，造成元素分布不均匀，从而影响铝合金的整体质量，同时通过瞬冷冻后加入破碎机内进行破碎，可使金属颗粒质地更脆，方便破碎机的破碎，降低破碎机的工作强度；
S4：将制取的合金金属粉末与稀土元素粉末、碳纤维通入惰性气体保护的搅拌器内，控制混合装置转速240～300r/min，混合时间5min，然后将混合均匀的粉末填充入陶瓷制备的包套1内；将合金粉末与稀土元素粉末以及碳纤维在混合装置中进行搅拌，可以利用三者均属于固体粉末状态时无法发生物化反应，从而使三者之间均匀混合，从而增强制得的铝合金中各组分的均匀性；
S5：使用抽气机将包套1内吸附在粉末表面、粉末间空隙和包套1内的气体抽取，然后将包套1进行真空密封，密封完毕后启动包套1上的加热炉13，向包套1中反复进行充入和吸出氮气，并控制加热炉13加热至850-950℃之间，进行保温烧结1～2h；使用包套1和反复的冲入和吸出氮气对合金粉末与碳纤维、稀土粉末进行加压熔炼，可以有效地使包套1中粉末受力均匀，同时还可以有效地使铝合金达到100％致密化，有效地提高铸件整体力学性能，同时使制得的铝合金制品结构更加均匀，同时反复的冲入和吸出氮气，可使铝及铝合金铸锭结晶时析出的大量氢和其他杂质气体吸收，避免大量氢和其他杂质气体影响铝合金的加压熔炼；
S6：将S4中将烧结完成后的包套1冷却至室温后，去除包套1得到半成品铝合金制品，将半成品铝合金制品进行打磨后再进行阳极氧化处理，在铝合金表面形成均匀的阳极氧化膜后即制得成品铝合金制品；阳极氧化处理后的铝合金制品不仅外观美观，同时表面的氧化层还可以有效地提高铝合金制品表面的耐磨损性能和防腐蚀性能。
作为本发明的一种实施方式，其中，所述包套1由两个半体11通过固定板12和螺栓固定密封而成；所述包套1外表面包裹有加热炉13；所述包套1与加热炉13接触部分表面由耐高温导热材料制成；所述包套1内设有软膜14；所述软膜14由软质弹性耐高温材料制成；所述软膜14内开设有均匀布置的空腔15，每个空腔15均通过不同的外部气源进行供气；所述包套1表面固连有第一抽气管16和第二抽气管17；所述第一抽气管16穿过软膜14插入包套1内设置，第一抽气管16外部可连接外部气泵，外部气泵用于对包套1内进行抽气和吸气；所述第二抽气管17插入包套1与软膜14之间的空间，第二抽气管17位于包套1外的一端可外接气泵，对包套1和软膜14之间进行抽气和吸气；所述包套1顶部开设有加料口18，加料口18处设有密封门19，软膜14可粘附于密封门19上；所述包套1内壁开设有均匀布置的卡槽2；所述卡槽2内壁开设有螺纹；工作时，在使用前将软膜14从密封门19上取下后，根据成品铝合金制成所需形状，可在卡槽2内通过螺纹旋紧适应的柱形、环形或其他形状的物体，以调整所需铝合金制品表面形状，形状调整完成后通过固定板12和螺栓将两个半体11密封连接，并粘附软膜14，形成整体的包套1，将混合均匀的粉末填充入陶瓷制备的包套1内的软膜14上，同时通过第二抽气管17抽取软膜14和包套1之间空间的气体，使软膜14紧贴包套1内壁表面，从而使软膜14表面形成卡槽2内卡接的物体形状，当需要再次对铝合金制品进行形状的微调时，可通过外部气源对软膜14内对应的不同空腔15进行供气，使软膜14表面形成凸起，从而可进行铝合金制品形状的再调整，可有效防止铝合金制品制成后，进行打磨切割达到想要的形状，费时费力，且容易造成铝合金材料的浪费和对铝合金材料回收利用过程中能源的消耗，从而达到节省人力物力，降低能源消耗的效果，从而进一步提高铝合金制品的生产效率，当形状调整完成后，启动加热炉13，对包套1内混合均匀的粉末进行加热，在加热过程中通过第一抽气管16反复对软膜14内的加热粉末进行抽出氮气和充入氮气，可使铝及铝合金铸锭结晶时析出的大量氢和其他杂质气体吸收，避免大量氢和其他杂质气体影响铝合金的加压熔炼，当铝合金制品制备完成后，打开密封门19，通过固定板12和螺栓将包套1分成两个半体11，取下软膜14后即得半成品铝合金制品，通过软膜14可有效防止半成品铝合金制品粘附于包套1表面，造成半成品铝合金制品的取下困难，从而提高铝合金制品的生产效率，节省人力。
作为本发明的一种实施方式，所述包套1侧壁开设有凹槽21；所述凹槽21内铰接有搅动轴22；所述搅动轴22一端铰接于包套1侧壁，另一端穿过软膜14延伸至包套1软膜14内的包套1内空间设置；所述搅动轴22子弹头形设计；所述搅动轴22顶端内部固连有第一磁铁块23；所述第一磁铁块23表面包裹有隔温层；所述加热炉13外表面与搅动轴22对应位置开设有滑槽24；所述滑槽24内滑动连接有第二磁铁块25；所述第二磁铁块25表面包裹有耐高温层；所述第一磁铁块23和第二磁铁块25异性磁极相对；所述包套1表面开设有观察口；所述观察口内固连有耐高温透明材料；所述软膜14由透明材料制成；工作时，因熔体的粘度大，流速慢，其敞露液面上的温度比其他部位的要低10-15℃，该部位的熔体得不到及时更新，形成的表面膜较厚，在表面张力的作用下可将该表面膜拉断，当这部分表层金属翻卷至铸锭表面时，因膜的导热性差，极易导致该部位皱褶缺陷的形成，当工作人员通过观察口观察表面即将形成表面膜时，可通过滑动第二磁铁块25，通过磁力带动第一磁铁块23摆动，从而带动搅动轴22摆动，对表面膜进行破碎，同时使其他熔体向表面流动，有效避免表面膜的形成，从而有效防止铝合金制品表面产生褶皱，进一步提高铝合金制品的生产效率节省人力物力，同时通过搅动轴22的搅动可使熔体分布更加均匀，从而进一步增强铝合金各组分的分布均匀度。
作为本发明的一种实施方式，所述搅动轴22长度大于包套1高度的一半，小于包套1高度；所述搅动轴22内开设有吸液槽26；所述包套1外固连有排液管27；所述排液管27穿入包套1内并通过软管与吸液槽26连通，软管为耐高温材料制成；所述排液管27可外接微型泵，可对排液管27进行吸液；工作时，当熔体出现分层时，即熔体中夹杂物发生沉浮时，通过滑动第二磁铁块25孔至搅动轴22一端伸入分层内，通过外接微型泵对排液管27进行吸液，从而是分层后的夹杂物通过搅动轴22的吸液槽26和软管及排液管27排出，可有效提高铝合金制品的整体强度和力学性能，提高铝合金制品的合格率，从而提高铝合金制品的生产效率，降低人力物力的消耗及资源的浪费。
工作时，在使用前将软膜14从密封门19上取下后，根据成品铝合金制成所需形状，可在卡槽2内通过螺纹旋紧适应的柱形、环形或其他形状的物体，以调整所需铝合金制品表面形状，形状调整完成后通过固定板12和螺栓将两个半体11密封连接，并粘附软膜14，形成整体的包套1，将混合均匀的粉末填充入陶瓷制备的包套1内的软膜14上，同时通过第二抽气管17抽取软膜14和包套1之间空间的气体，使软膜14紧贴包套1内壁表面，从而使软膜14表面形成卡槽2内卡接的物体形状，当需要再次对铝合金制品进行形状的微调时，可通过外部气源对软膜14内对应的不同空腔15进行供气，使软膜14表面形成凸起，从而可进行铝合金制品形状的再调整，当形状调整完成后，启动加热炉13，对包套1内混合均匀的粉末进行加热，在加热过程中通过第一抽气管16反复对软膜14内的加热粉末进行抽出氮气和充入氮气，当铝合金制品制备完成后，打开密封门19，通过固定板12和螺栓将包套1分成两个半体11，取下软膜14后即得半成品铝合金制品，当工作人员通过观察口观察表面即将形成表面膜时，可通过滑动第二磁铁块25，通过磁力带动第一磁铁块23摆动，从而带动搅动轴22摆动，对表面膜进行破碎，同时使其他熔体向表面流动，当熔体出现分层时，即熔体中夹杂物发生沉浮时，通过滑动第二磁铁块25孔至搅动轴22一端伸入分层内，通过外接微型泵对排液管27进行吸液，从而是分层后的夹杂物通过搅动轴22的吸液槽26和软管及排液管27排出。
一种铝合金，原料中所述碳纤维为PAN基碳纤维；
为了验证使用本发明配方与方法制备的铝合金在相同体积的情况下硬度、耐腐蚀性能、密度和抗冲击力度的性能对比，作出以下四组实验：
实验组1
铝(AL)92～96％、锂(Li)1.5～2％、钴(Co)0.8～1.2％、镍(Ni)1～2％、铁(Fe)2～2.5％、锰(Mn)0.2～0.5％；按照现有技术直接进行熔炼、除杂后进行浇铸，制得成品后测试其硬度、耐腐蚀性能、密度和抗冲击性能，并进行实时记录。
实验组2
铝(AL)92～96％、锂(Li)1.5～2％、钴(Co)0.8～1.2％、镍(Ni)1～2％、铁(Fe)2～2.5％、锰(Mn)0.2～0.5％、稀土金属粉末2.5～4％、碳纤维3～4％；按照现有技术直接进行熔炼、除杂后进行浇铸，制得成品后测试其硬度、耐腐蚀性能、密度和抗冲击性能，并进行实时记录。
实验组3
铝(AL)92～96％、锂(Li)1.5～2％、钴(Co)0.8～1.2％、镍(Ni)1～2％、铁(Fe)2～2.5％、锰(Mn)0.2～0.5％；按照本发明所述加工方法进行熔炼、除杂、制粉然后进行热等静压，制得成品后测试其硬度、耐腐蚀性能、密度和抗冲击性能，并进行实时记录。
实验组4
铝(AL)92～96％、锂(Li)1.5～2％、钴(Co)0.8～1.2％、镍(Ni)1～2％、铁(Fe)2～2.5％、锰(Mn)0.2～0.5％、稀土金属粉末2.5～4％、碳纤维3～4％；按照本发明所述加工方法进行熔炼、除杂、制粉然后进行热等静压，制得成品后测试其硬度、耐腐蚀性能、密度和抗冲击性能，并进行实时记录。
表1(相同体积下铝合金制品性能对比)
Figure GDA0002604379120000101
Figure GDA0002604379120000111
通过表1数据进行对比发现当原料中添加有稀土金属粉末和炭纤维后铝合金制品在相同体积的情况下其本身的硬度、耐腐蚀性能和抗冲击性能均有很大的提升，且其密度有所降低，相同体积下更显轻盈，通过实验组1和实验组3对比发现进行制粉混合后，再进行高温高压下压铸、制造，相比较于现有技术中直接进行浇铸相比较，制得的铝合金产品性能更加优越，通过四组对比发现使用本发明的配方与方法进行制造的铝合金产品其性能明显有很大的提升。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种铝合金加工方法，其特征在于：该铝合金由以下原料按重量比构成:
铝(Al )92～96％；锂(Li)1.5～2％；钴(Co)0.8～1.2％；镍(Ni)1～2％；铁(Fe)2～2.5％；锰(Mn)0.2～0.5％；原料中还包括占总质量比2～5％的稀土金属粉末；所述稀土金属粉末为镧(La)、铈(Ce)和钆(Gd)按照1:1:1比例进行混合的金属经过粉碎研磨后的粉末；所述稀土金属粉末粒度处于10～20μm之间；原料中还包括碳纤维；
加工方法包括以下步骤：
S1：将铝、锂、钴、镍、铁、锰按照比例添加至熔炼炉中，控制熔炼炉中温度保持在700～900℃之间，在氮气的保护下将原料进行熔炼，并在熔炼过程中对熔融的铝液进行扒渣处理，得到熔体；
S2：将S1中得到的熔体通过耐高温导管和耐高温喷头喷出，喷头直径控制在0.05-0.11厘米之间，使喷头将熔体均匀喷出于水平放置的板上，使各小体积熔体自然冷却得到金属颗粒；
S3：将S2中得到的金属颗粒进行喷水瞬冷冻，冷冻完成后通入破碎机内进行破碎，并将破碎后的金属颗粒通入精细筛分机中，控制筛网目数为260～300目之间，并将筛出的大颗粒金属粉末重新进行瞬冷冻、破碎机内破碎和精细筛分机破碎，得到合金金属粉末；
S4：将制取的合金金属粉末与稀土金属 粉末、碳纤维通入惰性气体保护的搅拌器内，控制混合装置转速240～300r/min，混合时间5min，然后将混合均匀的粉末填充入陶瓷制备的包套(1)内；
S5：使用抽气机将包套(1)内吸附在粉末表面、粉末间空隙和包套(1)内的气体抽取，然后将包套(1)进行真空密封，密封完毕后启动包套(1)上的加热炉(13)，向包套(1)中反复进行充入和吸出氮气，并控制加热炉(13)加热至850-950℃之间，进行保温烧结1～2h；
S6：将S5 中烧结完成后的包套(1)冷却至室温后，去除包套(1)得到半成品铝合金制品，将半成品铝合金制品进行打磨后再进行阳极氧化处理，在铝合金表面形成均匀的阳极氧化膜后即制得成品铝合金制品。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金加工方法，其特征在于：其中，所述包套(1)由两个半体(11)通过固定板(12)和螺栓固定密封而成；所述包套(1)外表面包裹有加热炉(13)；所述加热炉(13)由控制器控制；所述包套(1)与加热炉(13)接触部分表面由耐高温导热材料制成；所述包套(1)内设有软膜(14)；所述软膜(14)由软质弹性耐高温材料制成；所述软膜(14)内开设有均匀布置的空腔(15)，每个空腔(15)均通过不同的外部气源进行供气；所述包套(1)表面固连有第一抽气管(16)和第二抽气管(17)；所述第一抽气管(16)穿过软膜(14)插入包套(1)内设置，第一抽气管(16)外部可连接外部气泵，外部气泵用于对包套(1)内进行抽气和吸气；所述第二抽气管(17)插入包套(1)与软膜(14)之间的空间，第二抽气管(17)位于包套(1)外的一端可外接气泵，对包套(1)和软膜(14)之间进行抽气和吸气；所述包套(1)顶部开设有加料口(18)，加料口(18)处设有密封门(19)，软膜(14)可粘附于密封门(19)上；所述包套(1)内壁开设有均匀布置的卡槽(2)；所述卡槽(2)内壁开设有螺纹。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金加工方法，其特征在于：所述包套(1)侧壁开设有凹槽(21)；所述凹槽(21)内铰接有搅动轴(22)；所述搅动轴(22)一端铰接于包套(1)侧壁，另一端穿过软膜(14)延伸至包套(1)软膜(14)内的包套(1)内空间设置；所述搅动轴(22)子弹头形设计；所述搅动轴(22)顶端内部固连有第一磁铁块(23)；所述第一磁铁块(23)表面包裹有隔温层；所述加热炉(13)外表面与搅动轴(22)对应位置开设有滑槽(24)；所述滑槽(24)内滑动连接有第二磁铁块(25)；所述第二磁铁块(25)表面包裹有耐高温层；所述第一磁铁块(23)和第二磁铁块(25)异性磁极相对；所述包套(1)表面开设有观察口；所述观察口内固连有耐高温透明材料；所述软膜(14)由透明材料制成。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金加工方法，其特征在于：所述搅动轴(22)长度大于包套(1)高度的一半，小于包套(1)高度；所述搅动轴(22)内开设有吸液槽(26)；所述包套(1)外固连有排液管(28)；所述排液管(28)穿入包套(1)内并通过软管与吸液槽(26)连通，软管为耐高温材料制成；所述排液管(28)可外接微型泵，可对排液管(28)进行吸液。
5.一种铝合金，其特征在于：适用于权利要求1-4中任一项所述铝合金加工方法，原料中的所述碳纤维为PAN基碳纤维。
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