CN113322399B - 一种高强度的铝合金材料、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料制备技术领域，公开了一种高强度的铝合金材料、制备方法及应用，所述高强度的铝合金材料按照质量份数由铝120～160份、镁30～40份、锰5～8份、铁4～5份、锌3～5份、钛3～4份、镍3～4份、锆2～4份、钠2～3份、铜2～3份、锂1～2份、石墨1～3份组成。本发明通过对铝合金的原料的处理实现制备铝合金的原料的纯度的提升，减少杂质，能够实现铝合金性能优化；进行铝合金改良剂的制备并将铝合金改良剂与铝合金混合进行高强度铝合金的制备，制备的铝合金的强度高、耐磨性能好且质量较轻，能够满足工业生产的需求。在进行铝合金的制备之后进行污染物的处理与回收，能够减少对环境污染和对人体的危害。

Description

一种高强度的铝合金材料、制备方法及应用

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及一种高强度的铝合金材料、制备方法及应用。

背景技术

目前，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。随着现代科技的发展，人们对铝合金的性能要求越来越高，能否获得细小均匀的微观组织成为控制产品性能优劣的关键，通过细化变质方式获得高机械强度的铝合金是一种有效和常用的方式。但是现有技术中制备的铝合金的强度较低，达不到人们日益提升的品质要求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中制备的铝合金的强度较低，达不到人们日益提升的品质要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高强度的铝合金材、制备方法及应用。

本发明是这样实现的，一种高强度的铝合金材料，所述高强度的铝合金材料按照质量份数由铝120～160份、镁30～40份、锰5～8份、铁4～5份、锌3～5份、钛3～4份、镍3～4份、锆2～4份、钠2～3份、铜2～3份、锂1～2份、石墨1～3份组成。

进一步，所述石墨为鳞片石墨。

本发明的另一目的在于提供一种高强度的铝合金材料的制备方法，所述高强度的铝合金材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，对原料进行预处理：进行铝片、镁片、锰片、铁片、锌片、铜片的收集，并使用吸尘器对片状金属表面的灰尘、杂质进行清理，得到干净的铝片、镁片、锰片、铁片、锌片、铜片；将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中进行球磨，得到钛粉、镍粉、锆粉、锂粉；将鳞片石墨进行研磨得到石墨粉末；

步骤二，对干净的铝片进行处理得到纯净的铝片：室温条件下，将干净的铝片置于盛放有丙酮的浸泡池中进行浸泡，浸泡时间为10～30min，除去表面油污；将除去油污的铝片与氨水混合，使氨水没过铝片，进行1～2h浸泡，浸泡结束后取出铝片，使用流动的清水进行铝片的清洗，洗净残留物，得到纯净的铝片；

步骤三，进行铝合金的制备：将镁片、锰片、铁片、锌片、铜片置于第一煅烧炉中进行煅烧，得到煅烧混合产物；将纯净的铝片置于干燥箱内进行干燥，得到干燥后的铝片；将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中对铝片进行高温煅烧，进行缓慢降温；降温至500℃后，打开第二煅烧炉的上方开口，将煅烧混合产物输送至第二煅烧炉中，升温至1000℃进行煅烧，并进行2～3h保温，煅烧结束得到铝合金；

步骤四，进行铝合金强度改良剂的制备：将钛粉、镍粉、锆粉进行混合，得到混合粉末；将混合粉末置于高温熔融装置中，设定熔融温度为500～700℃、熔融时间为20～30min进行高温熔融，待金属完全融化后加入锂粉，进行10～15min保温得到熔融液；将石墨粉末导入盛放有液体石蜡和钠的玻璃瓶中，在保温结束后将玻璃瓶中的混合物与熔融液混合，用余热进行混合，冷却至室温得到铝合金强度改良剂；

步骤五，进行铝合金强度的优化：将铝合金强度改良剂置于切割机中切割，后进行研磨，得到铝合金强度改良剂粉末；在盛放有铝合金的第二煅烧炉中加入铝合金强度改良剂粉末，再次进行高温煅烧，缓慢降温，得到高强度的铝合金材料；

步骤六，进行氨水的后处理：将纯净的铝片制备中使用的氨水进行收集，采用负压蒸氨的方式进行氨水的回收，完成氨水的后处理。

进一步，步骤一中，所述将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中进行球磨，包括：

(1)按照质量份数进行颗粒状钛、镍、锆、锂的称取；

(2)按照金属颗粒与无水乙醇质量比为1～2:2的比例进行加入不同球磨机中的无水乙醇的质量的确定；

(3)将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中，在球磨机中加入无水乙醇；

(4)开启球磨装置对金属颗粒进行球磨；

(5)在球磨结束后将球磨产物置于坩埚上加热，挥发乙醇，得到钛粉、镍粉、锆粉、锂粉。

进一步，所述金属颗粒为颗粒状钛、镍、锆、锂。

进一步，步骤三中，所述将镁片、锰片、铁片、锌片、铜片置于第一煅烧炉中进行煅烧，煅烧温度为600～700℃，煅烧时间为20～35min。

进一步，步骤三中，所述将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中对铝片进行高温煅烧，进行缓慢降温，包括：

(1)将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中，关闭煅烧炉；

(2)设定升温速率为40～60℃/min进行升温，升温至800℃，保持煅烧炉内温度为750～800℃进行1～2h保温，完成第一次煅烧；

(3)设定升温速率为80～100℃/min进行升温，升温至1300℃，保持煅烧炉内温度为1200～1300℃进行2～4h保温，完成第二次煅烧；

(4)设定将文速率为20～50℃/min，对煅烧炉进行降温。

进一步，步骤五中，所述高温煅烧的温度为600～900℃。

进一步，步骤六中，所述采用负压蒸氨的方式进行氨水的回收，包括：

(1)将收集的氨水通入负压装置中，对氨水进行预加热；

(2)预加热结束后对氨水进行负压脱氨；

(3)将负压脱氨的产物进行气液分离，得到氨气与脱氨废水；

(4)对氨气进行收集与存放。

进一步，所述负压脱氨包括：

1)将预热后的氨水接入负压脱氨塔，将低压蒸汽接入负压脱氨塔塔底；

2)以低压蒸汽为热源进行负压脱氨；

3)负压脱氨塔内设置的Z型塔板逐层沸腾喷射脱氨得到氨蒸汽和脱氨废水；

4)进行氨蒸汽的冷却得到氨气，脱氨废水经负压脱氨塔塔底流出。

本发明的另一目在于提供一种所述高强度的铝合金材料在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业领域中的应用。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过对铝合金的原料的处理实现制备铝合金的原料的纯度的提升，减少杂质，能够实现铝合金性能优化；进行铝合金改良剂的制备并将铝合金改良剂与铝合金混合进行高强度铝合金的制备，制备的铝合金的强度高、耐磨性能好且质量较轻，能够满足工业生产的需求。在进行铝合金的制备之后进行污染物的处理与回收，能够减少对环境污染和对人体的危害。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的高强度的铝合金材料的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中进行球磨流程图。

图3是本发明实施例提供的将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中对铝片进行高温煅烧，进行缓慢降温流程图。

图4是本发明实施例提供的采用负压蒸氨的方式进行氨水的回收流程图。

图5是本发明实施例提供的负压脱氨流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高强度的铝合金材料、制备方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的高强度的铝合金材料按照质量份数由铝120～160份、镁30～40份、锰5～8份、铁4～5份、锌3～5份、钛3～4份、镍3～4份、锆2～4份、钠2～3份、铜2～3份、锂1～2份、石墨1～3份组成。

本发明实施例提供的石墨为鳞片石墨。

如图1所示，本发明实施例提供的高强度的铝合金材料的制备方法包括以下步骤：

S101，对原料进行预处理：进行铝片、镁片、锰片、铁片、锌片、铜片的收集，并使用吸尘器对片状金属表面的灰尘、杂质进行清理，得到干净的铝片、镁片、锰片、铁片、锌片、铜片；将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中进行球磨，得到钛粉、镍粉、锆粉、锂粉；将鳞片石墨进行研磨得到石墨粉末；

S102，对干净的铝片进行处理得到纯净的铝片：室温条件下，将干净的铝片置于盛放有丙酮的浸泡池中进行浸泡，浸泡时间为10～30min，除去表面油污；将除去油污的铝片与氨水混合，使氨水没过铝片，进行1～2h浸泡，浸泡结束后取出铝片，使用流动的清水进行铝片的清洗，洗净残留物，得到纯净的铝片；

S103，进行铝合金的制备：将镁片、锰片、铁片、锌片、铜片置于第一煅烧炉中进行煅烧，得到煅烧混合产物；将纯净的铝片置于干燥箱内进行干燥，得到干燥后的铝片；将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中对铝片进行高温煅烧，进行缓慢降温；降温至500℃后，打开第二煅烧炉的上方开口，将煅烧混合产物输送至第二煅烧炉中，升温至1000℃进行煅烧，并进行2～3h保温，煅烧结束得到铝合金；

S104，进行铝合金强度改良剂的制备：将钛粉、镍粉、锆粉进行混合，得到混合粉末；将混合粉末置于高温熔融装置中，设定熔融温度为500～700℃、熔融时间为20～30min进行高温熔融，待金属完全融化后加入锂粉，进行10～15min保温得到熔融液；将石墨粉末导入盛放有液体石蜡和钠的玻璃瓶中，在保温结束后将玻璃瓶中的混合物与熔融液混合，用余热进行混合，冷却至室温得到铝合金强度改良剂；

S105，进行铝合金强度的优化：将铝合金强度改良剂置于切割机中切割，后进行研磨，得到铝合金强度改良剂粉末；在盛放有铝合金的第二煅烧炉中加入铝合金强度改良剂粉末，再次进行高温煅烧，缓慢降温，得到高强度的铝合金材料；

S106，进行氨水的后处理：将纯净的铝片制备中使用的氨水进行收集，采用负压蒸氨的方式进行氨水的回收，完成氨水的后处理。

如图2所示，步骤S101中，本发明实施例提供的将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中进行球磨，包括：

S201，按照质量份数进行颗粒状钛、镍、锆、锂的称取；

S202，按照金属颗粒与无水乙醇质量比为1～2:2的比例进行加入不同球磨机中的无水乙醇的质量的确定；

S203，将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中，在球磨机中加入无水乙醇；

S204，开启球磨装置对金属颗粒进行球磨；

S205，在球磨结束后将球磨产物置于坩埚上加热，挥发乙醇，得到钛粉、镍粉、锆粉、锂粉。

本发明实施例提供的金属颗粒为颗粒状钛、镍、锆、锂。

步骤S103中，本发明实施例提供的将镁片、锰片、铁片、锌片、铜片置于第一煅烧炉中进行煅烧，煅烧温度为600～700℃，煅烧时间为20～35min。

如图3所示，步骤S103中，本发明实施例提供的将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中对铝片进行高温煅烧，进行缓慢降温，包括：

S301，将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中，关闭煅烧炉；

S302，设定升温速率为40～60℃/min进行升温，升温至800℃，保持煅烧炉内温度为750～800℃进行1～2h保温，完成第一次煅烧；

S303，设定升温速率为80～100℃/min进行升温，升温至1300℃，保持煅烧炉内温度为1200～1300℃进行2～4h保温，完成第二次煅烧；

S304，设定将文速率为20～50℃/min，对煅烧炉进行降温。

步骤S105中，本发明实施例提供的高温煅烧的温度为600～900℃。

如图4所示，步骤S106中，本发明实施例提供的采用负压蒸氨的方式进行氨水的回收，包括：

S401，将收集的氨水通入负压装置中，对氨水进行预加热；

S402，预加热结束后对氨水进行负压脱氨；

S403，将负压脱氨的产物进行气液分离，得到氨气与脱氨废水；

S404，对氨气进行收集与存放。

如图5所示，本发明实施例提供的负压脱氨包括：

S501，将预热后的氨水接入负压脱氨塔，将低压蒸汽接入负压脱氨塔塔底；

S502，以低压蒸汽为热源进行负压脱氨；

S503，负压脱氨塔内设置的Z型塔板逐层沸腾喷射脱氨得到氨蒸汽和脱氨废水；

S504，进行氨蒸汽的冷却得到氨气，脱氨废水经负压脱氨塔塔底流出。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高强度的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述高强度的铝合金材料的制备方法包括：

步骤一，对原料进行预处理：进行铝片、镁片、锰片、铁片、锌片、铜片的收集，并使用吸尘器对片状金属表面的灰尘、杂质进行清理，得到干净的铝片、镁片、锰片、铁片、锌片、铜片；将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中进行球磨，得到钛粉、镍粉、锆粉、锂粉；将鳞片石墨进行研磨得到石墨粉末；

步骤二，对干净的铝片进行处理得到纯净的铝片：室温条件下，将干净的铝片置于盛放有丙酮的浸泡池中进行浸泡，浸泡时间为10～30min，除去表面油污；将除去油污的铝片与氨水混合，使氨水没过铝片，进行1～2h浸泡，浸泡结束后取出铝片，使用流动的清水进行铝片的清洗，洗净残留物，得到纯净的铝片；

步骤三，进行铝合金的制备：将镁片、锰片、铁片、锌片、铜片置于第一煅烧炉中进行煅烧，得到煅烧混合产物；将纯净的铝片置于干燥箱内进行干燥，得到干燥后的铝片；将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中对铝片进行高温煅烧，进行缓慢降温；降温至500℃后，打开第二煅烧炉的上方开口，将煅烧混合产物输送至第二煅烧炉中，升温至1000℃进行煅烧，并进行2～3h保温，煅烧结束得到铝合金；

步骤四，进行铝合金强度改良剂的制备：将钛粉、镍粉、锆粉进行混合，得到混合粉末；将混合粉末置于高温熔融装置中，设定熔融温度为500～700℃、熔融时间为20～30min进行高温熔融，待金属完全融化后加入锂粉，进行10～15min保温得到熔融液；将石墨粉末导入盛放有液体石蜡和钠的玻璃瓶中，在保温结束后将玻璃瓶中的混合物与熔融液混合，用余热进行混合，冷却至室温得到铝合金强度改良剂；

步骤五，进行铝合金强度的优化：将铝合金强度改良剂置于切割机中切割，后进行研磨，得到铝合金强度改良剂粉末；在盛放有铝合金的第二煅烧炉中加入铝合金强度改良剂粉末，再次进行高温煅烧，缓慢降温，得到高强度的铝合金材料；

步骤六，进行氨水的后处理：将纯净的铝片制备中使用的氨水进行收集，采用负压蒸氨的方式进行氨水的回收，完成氨水的后处理；

步骤一中，所述将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中进行球磨，包括：

(1)按照质量份数进行颗粒状钛、镍、锆、锂的称取；

(2)按照金属颗粒与无水乙醇质量比为1～2:2的比例进行加入不同球磨机中的无水乙醇的质量的确定；

(3)将颗粒状钛、镍、锆、锂分别置于球磨机中，在球磨机中加入无水乙醇；

(4)开启球磨装置对金属颗粒进行球磨；

(5)在球磨结束后将球磨产物置于坩埚上加热，挥发乙醇，得到钛粉、镍粉、锆粉、锂粉。

2.如权利要求1所述高强度的铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述将镁片、锰片、铁片、锌片、铜片置于第一煅烧炉中进行煅烧，煅烧温度为600～700℃，煅烧时间为20～35min。

3.如权利要求1所述高强度的铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中对铝片进行高温煅烧，进行缓慢降温，包括：

(1)将干燥后的铝片置于第二煅烧炉中，关闭煅烧炉；

(2)设定升温速率为40～60℃/min进行升温，升温至800℃，保持煅烧炉内温度为750～800℃进行1～2h保温，完成第一次煅烧；

(3)设定升温速率为80～100℃/min进行升温，升温至1300℃，保持煅烧炉内温度为1200～1300℃进行2～4h保温，完成第二次煅烧；

(4)设定降温 速率为20～50℃/min，对煅烧炉进行降温。

4.如权利要求1所述高强度的铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述高温煅烧的温度为600～900℃。

5.如权利要求1所述高强度的铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤六中，所述采用负压蒸氨的方式进行氨水的回收，包括：

(1)将收集的氨水通入负压装置中，对氨水进行预加热；

(2)预加热结束后对氨水进行负压脱氨；

(3)将负压脱氨的产物进行气液分离，得到氨气与脱氨废水；

(4)对氨气进行收集与存放。

6.如权利要求5所述高强度的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)负压脱氨包括：

1)将预热后的氨水接入负压脱氨塔，将低压蒸汽接入负压脱氨塔塔底；

2)以低压蒸汽为热源进行负压脱氨；

3)负压脱氨塔内设置的Z型塔板逐层沸腾喷射脱氨得到氨蒸汽和脱氨废水；

4)进行氨蒸汽的冷却得到氨气，脱氨废水经负压脱氨塔塔底流出。

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