CN113073242B - 一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电性能良好的铝合金材料及其生产方法，铝先和Al‑B中间合金、铜及银同熔，并经保温处理‑快速冷却，再进行两次升温‑保温处理，制成第一处理材料，快速冷却及两次升温‑保温处理中，使铝基体中过饱和的固溶溶质析出更多，晶格扭曲及回复更加彻底，使得合金的导热性能和导电性能增强，并在合金内掺杂了微量的钛元素，生成少量的TiAl2于界面处，细化铸造组织和焊缝组织，以增加含银、及少量硼的铝合金材料的力学性能，同时添加了微量的钒，增加综合力学性能，添加铼二次细化晶粒，减少钒在晶体内的析出，且硼、铼和钒取得复合效果促进合金在退火过程中恢复铝的导电性，增强了铼的第二相，以降低力学性能增加时对合金导电性的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法。
背景技术
铝，平价且导电性良好且耐腐蚀，近年来，由于节省能源的需要，使其在各个领域内均受到极大关注，但铝的缺点也非常明显，由于铝的力学性能不佳，硬度低，导致其在航空航天、芯片等高科技领域无法被广泛应用，因此，需添加其他微量金属增加铝的导电性及力学性能，但由于铝易与空气中的氧发生氧化反应的时间极快，导致铸锭后再制备合金时氧化物夹杂在合金内，导致制备成的铝合金易脆、易断、导热性能同时降低，为适应现有发展，急需一种电导性高、力学性能更佳、且导热性更好的铝合金，并需对其制备方法进行优化，减少其的氧化物夹杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案，
一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法，以重量百分比计，基本组分为：基本组分为：3％～5％的Cu、0.2％～1％的Ag、0.1％～0.5％的Al-B中间合金、0.002％～0.003％的Ti、0.001％～0.0035％的V、1％～3.3％的Re、其余为Al。
包括如下步骤：
S1.将原料Al熔融600℃～700℃熔融，得到Al熔体，Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中，536℃～600℃保温1～2h后，静置沉淀去除硼化物，再放入冷却剂中快速冷却，得到第一处理材料；
S2.将第一处理材料放入200℃～250℃温度下，保温1～3h，后升温至250℃～300℃，二次保温1～3h，冷却后粉碎，制得第二处理材料；
S3.第二处理材料、Ti粉末、Re粉末、和V粉末共同放入高能球磨中，并加入球磨介质，氮气氛围下球磨，得到第三处理材料；
球磨介质由100～150份的乙醇、0.1～0.8份的仲醇聚氧乙烯醚、0.3～0.4份十二烷基苯磺酸制备而成；
S4.第三处理材料放入900℃～1300℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结，烧结时间为2～4h，烧结后退火得到该铝合金材料。
优选地，所述的Al-B中间合金的制备方法包括如下步骤：
99.7％的纯铝加热融化成铝液，温度达到700℃～750℃时向铝液内加入铝液重量1～3％重量的四硼酸钠，同时进行6～10min的电磁搅拌，然后升温至1000℃～1200℃保温处理10～20min，保温过程中进行3～5min的电磁搅拌，得到第一处理液；
第一处理液浇锭冷却，得到Al-B中间合金。
优选地，所述步骤S1中的冷却剂包括：
氢氧化钠1-3、有机聚醚3-4份、乙醇20-25份、偏硅酸钠2-6份、柠檬酸钠1-5份、去离子水120-200份。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、铝先和Al-B中间合金、铜及银同熔，并经保温处理-快速冷却后，再进行两次升温-保温处理，制成内含银、铜及少量硼的铝合金，同时，快速冷却及两次升温-保温处理中，使得铝基体中过饱和的固溶溶质析出更多，晶格扭曲及回复更加彻底，内应力及微观应力减少，使得合金的导热性能和导电性能增强，但其力学性能有所下降；
2、在合金内掺杂了微量的钛元素，生成少量的TiAl2于界面处，细化铸造组织和焊缝组织，以增加含银、及少量硼的铝合金材料的力学性能，同时添加了微量的钒，增加综合力学性能，但由于钒的添加，合金组织中生成V2O5增加合金硬度时会对合金的导电性能有所影响，添加铼二次细化晶粒，减少钒在晶体内的析出，且硼、铼和钒取得复合效果促进合金在退火过程中恢复铝的导电性，增强了铼的第二相，且减少钒、钛对于铝、银、铜导体内的自由电子填充，以降低力学性能增加时对合金导电性的影响；
3、通过先同熔铝、Al-B中间合金、铜及银，再粉碎高压烧结的方式二次重组合金的晶界，使各元素的共溶更密切，通过球磨-氮气高压烧结的方式，减少热损伤，和烧结温度，降低材料的热脆性增加金属柔韧性，烧结温度的降低减少材料高温耗损。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
对比例1：
一种铝合金材料，以重量百分比计，基本组分为4％的Cu、0.5％的Ag、0.2％的Al-B中间合金、0.002％的Ti、0.001％的V、余量为Al；
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
S1.将原料Al熔融650℃熔融，得到Al熔体，Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中，600℃保温1.5h后，静置沉淀去除硼化物，再放入冷却剂中快速冷却，得到第一处理材料；
S2.将第一处理材料放入200℃温度下，保温2h，后升温至300℃，二次保温3h，冷却后粉碎，制得第二处理材料；
S3.第二处理材料、Ti粉末和V粉末混合均匀，得到第三处理材料；
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结，烧结时间为4h，烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例1：
一种导电性能良好的铝合金材料，以重量百分比计，基本组分为4％的Cu、0.5％的Ag、0.2％的Al-B中间合金、0.002％的Ti、0.001％的V、2.3％的Re、余量为Al；
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
S1.将原料Al熔融650℃熔融，得到Al熔体，Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中，600℃保温1.5h后，静置沉淀去除硼化物，再放入冷却剂中快速冷却，得到第一处理材料；
S2.将第一处理材料放入200℃温度下，保温2h，后升温至300℃，二次保温3h，冷却后粉碎，制得第二处理材料；
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中，并加入球磨介质，氮气氛围下球磨，得到第三处理材料；
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结，烧结时间为4h，烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例2：
一种导电性能良好的铝合金材料，以重量百分比计，基本组分为4％的Cu、0.5％的Ag、0.2％的Al-B中间合金、0.002％的Ti、0.001％的V、2.3％的Re、余量为Al；
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
S1.99.7％的纯铝加热融化成铝液，温度达到700℃时向铝液内加入铝液重量2％重量的四硼酸钠，同时进行8min的电磁搅拌，然后升温至1000℃保温处理15min，保温过程中进行5min的电磁搅拌，得到第一处理液；
第一处理液浇锭冷却，得到Al-B中间合金；
将原料Al熔融650℃熔融，得到Al熔体，Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中，600℃保温1.5h后，静置沉淀去除硼化物，再放入冷却剂中快速冷却，得到第一处理材料；
S2.将第一处理材料放入200℃温度下，保温2h，后升温至300℃，二次保温3h，冷却后粉碎，制得第二处理材料；
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中，并加入球磨介质，氮气氛围下球磨，得到第三处理材料；
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结，烧结时间为4h，烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例3：
一种导电性能良好的铝合金材料，以重量百分比计，基本组分为4％的Cu、0.5％的Ag、0.2％的Al-B中间合金、0.002％的Ti、0.001％的V、2.3％的Re、余量为Al；
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
S1.99.7％的纯铝加热融化成铝液，温度达到700℃时向铝液内加入铝液重量2％重量的四硼酸钠，同时进行8min的电磁搅拌，然后升温至1000℃保温处理15min，保温过程中进行5min的电磁搅拌，得到第一处理液；
第一处理液浇锭冷却，得到Al-B中间合金；
将原料Al熔融650℃熔融，得到Al熔体，Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中，600℃保温1.5h后，静置沉淀去除硼化物，再放入由氢氧化钠2、有机聚醚3.5份、乙醇20份、偏硅酸钠2份、柠檬酸钠3份、去离子水150份制备而成的冷却液中快速冷却，得到第一处理材料；
S2.将第一处理材料放入200℃温度下，保温2h，后升温至300℃，二次保温3h，冷却后粉碎，制得第二处理材料；
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中，并加入球磨介质，氮气氛围下球磨，得到第三处理材料；
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结，烧结时间为4h，烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例4
一种导电性能良好的铝合金材料，以重量百分比计，基本组分为4％的Cu、0.5％的Ag、0.2％的Al-B中间合金、0.002％的Ti、0.001％的V、2.3％的Re、余量为Al；
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
S1.99.7％的纯铝加热融化成铝液，温度达到700℃时向铝液内加入铝液重量2％重量的四硼酸钠，同时进行8min的电磁搅拌，然后升温至1000℃保温处理15min，保温过程中进行5min的电磁搅拌，得到第一处理液；
第一处理液浇锭冷却，得到Al-B中间合金；
将原料Al熔融650℃熔融，得到Al熔体，Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中，600℃保温1.5h后，静置沉淀去除硼化物，再放入由氢氧化钠2、有机聚醚3.5份、乙醇20份、偏硅酸钠2份、柠檬酸钠3份、去离子水150份制备而成的冷却液中快速冷却，得到第一处理材料；
S2.将第一处理材料放入200℃温度下，保温2h，后升温至300℃，二次保温3h，冷却后粉碎，制得第二处理材料；
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中，并加入由100的乙醇、0.2份的仲醇聚氧乙烯醚、0.4份十二烷基苯磺酸制成的球磨介质，氮气氛围下球磨，得到第三处理材料；
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结，烧结时间为4h，烧结后退火得到该铝合金材料。
对比例1和实施例1-4制得的铝合金材料性能如表1：
表1
请参阅表1，及上述对比例及实施例内容，对比对比例1和实施例1，可知，对比例1采用铝先和Al-B中间合金、铜及银同熔，并经保温处理-快速冷却后，再进行两次升温-保温处理，制成内含银、铜及少量硼的铝合金，同时，快速冷却及两次升温-保温处理中，使得铝基体中过饱和的固溶溶质析出更多，晶格扭曲及回复更加彻底，内应力及微观应力减少，使得合金的导热性能和导电性能增强，但其力学性能有所下降，因此，在后续制备步骤中将合金粉碎后与钛元素、钒进行二次重组，生成少量的TiAl2于界面处，细化铸造组织和焊缝组织，同时钒的添加在合金组织中生成V2O5，能增加合金硬度，但由于V2O5在合金组织中，会对银、铝、铜内的自由电子进行填充，影响合金的导电性，实施例1在对比例1的基础上，添加铼二次细化晶粒，减少钒在晶体内的析出，且硼、铼和钒取得复合效果促进合金在退火过程中恢复铝的导电性，增强了铼的第二相，减少钒、钛对于铝、银、铜导体内的自由电子填充，以降低力学性能增加时对合金导电性的影响，同时通过先同熔铝、Al-B中间合金、铜及银，再粉碎高压烧结的方式二次重组合金的晶界，使各元素的共溶更密切，并通过球磨-氮气高压烧结的方式，减少热损伤，和烧结温度，降低材料的热脆性增加金属柔韧性，烧结温度的降低减少材料高温耗损；
对比实施例1与实施例2，可知，实施例2在实施例1的基础上，对Al-B中间合金的制备，采用先低温加热-保温后再高温-保温，并伴随电磁搅拌的方式，使得硼在铝液分布更均匀，减少硼化物的团聚现象，形成晶粒细小且均匀的Al-B合金，且通过先低温加热-保温后再高温-保温的二次固溶方式，使得硼在铝液内析效果出更佳，所制备的Al-B中间合金于铝合金内硼化效果更好，所制备出的铝合金导电性能更佳；
对比实施例2和实施例3，可知，实施例3在实施例2的基础上，在冷却剂的成分上做了更优的选择，使用氢氧化钠作为主剂，柠檬酸钠、偏硅酸钠、乙醇作为付剂，有机聚醚作为表面活性剂，柠檬酸钠对多种金属离子有较强的配位能力，对重金属离子有强烈的螯合作用，能抑制水中存在的离子对合金表面的不良反应，抑制合金表面腐蚀，偏硅酸钠具有良好的湿润性和乳化性，与柠檬酸钠同用，能够增强有机聚醚的综合性能，且添加乙醇，使合金外部形成一层易挥发的防氧化膜，帮助合金快速冷却的同时，避免合金氧化，在进入步骤S2时合金外附着的乙醇还可有效降低材料处理温度，且使表面加热更均匀；
对比实施例3和实施例4，可知，实施例4在实施例3的基础上，具体优化了球磨介质，将仲醇聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸分散于乙醇内作为活性剂，分散在乙醇中，具有微弱的起泡性，气泡在球磨时不断的产生、长大和破灭，可以有效融合各材料粉末，使其之间的分散、混合更均匀，且仲醇聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸的残留进入步骤S4时，使粉末材料之间具有更好的连和性，使得合金烧结更加均匀，形成的晶界更规律。
由上述可见，实施例4制备成的合金相较于实施例1-3力学性能和导电率之间的平衡性最佳、导电性最优，因此，认为实施例4是本发明的最优实施例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，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的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法，其特征在于，以重量百分比计，基本组分为：3％～5％的Cu、0.2％～1％的Ag、0.1％～0.5％的Al-B中间合金、0.002％～0.003％的Ti、0.001％～0.0035％的V、1％～3.3％的Re、其余为Al；
其制备方法包括如下步骤：
S1.将原料Al熔融600℃～700℃熔融，得到Al熔体，Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中，536℃～600℃保温1～2h后，静置沉淀去除硼化物，再放入冷却剂中快速冷却，得到第一处理材料；
S2.将第一处理材料放入200℃～250℃温度下，保温1～3h，后升温至250℃～300℃，二次保温1～3h，冷却后粉碎，制得第二处理材料；
S3.第二处理材料、Ti粉末、Re粉末、和V粉末共同放入高能球磨中，并加入球磨介质，氮气氛围下球磨，得到第三处理材料；
球磨介质由100～150份的乙醇、0.1～0.8份的仲醇聚氧乙烯醚、0.3～0.4份十二烷基苯磺酸制备而成；
S4.第三处理材料放入900℃～1300℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结，烧结时间为2～4h，烧结后退火得到该铝合金材料。
2.根据权利要求1所述的一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法，其特征在于，所述的Al-B中间合金的制备方法包括如下步骤：
99.7％的纯铝加热融化成铝液，温度达到700℃～750℃时向铝液内加入铝液重量1～3％重量的四硼酸钠，同时进行6～10min的电磁搅拌，然后升温至1000℃～1200℃保温处理10～20min，保温过程中进行3～5min的电磁搅拌，得到第一处理液；
第一处理液浇锭冷却，得到Al-B中间合金。
3.根据权利要求1所述的一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法，其特征在于，所述步骤S1中的冷却剂包括：
氢氧化钠1-3、有机聚醚3-4份、乙醇20-25份、偏硅酸钠2-6份、柠檬酸钠1-5份、去离子水120-200份。
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