CN113684404A - 一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113684404A
CN113684404A CN202111045233.XA CN202111045233A CN113684404A CN 113684404 A CN113684404 A CN 113684404A CN 202111045233 A CN202111045233 A CN 202111045233A CN 113684404 A CN113684404 A CN 113684404A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum alloy
alumina ceramic
situ
powder
composite material
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.)
Pending
Application number
CN202111045233.XA
Other languages
English (en)
Inventor
钟孝贤
卜志强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yulin Normal University
Original Assignee
Yulin Normal University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yulin Normal University filed Critical Yulin Normal University
Priority to CN202111045233.XA priority Critical patent/CN113684404A/zh
Publication of CN113684404A publication Critical patent/CN113684404A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/10Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/20Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/20Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
    • B22F2003/208Warm or hot extruding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling

Abstract

本发明公开了一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料,以铝合金粉末为主要原料经机械氧化球磨获得的铝合金‑原位氧化铝陶瓷复合粉末制备而成,其包括的元素成分的质量分数组成为:铝75.5~88.16%、锌7.6~12.5%、铜2~2.6%、镁1.8~2.4%、锆0.1~0.5%、钇0.1~0.5%、铬0.1~0.5%、钛0.1~0.5%、氧0.01~5%。本发明还公开了所述原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法。本发明中,氧化铝陶瓷相细小均匀与铝合金共格或半共格关系,结合强度高且分散细小均匀,使铝合金材料的刚性耐磨性大大的改善,解决了量产质量的可靠性问题,大大扩展铝合金在轻量化领域的应用,同时也实现了铝合金陶瓷复合材料的低成本高性能的规模化生产。

Description

一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料及其制备,尤其涉及一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法。
背景技术
航天航空、新能源汽车、智能机器等关键结构件不仅要求轻量化,而且要求高强度,高刚性,高耐磨,铝合金资源丰富,比重约为钢的1/3、钛的2/3,是轻量化理想的材料。但是,目前常用铝合金刚度耐磨性不够理想,限制了其应用,高强度、高刚度、耐磨的综合性能优异的新型铝合金材料是高端市场的需求。目前,高性能铝合金生产方法中,铸造挤压/轧制成材存在成份偏析、晶粒粗大、材料性能一致性难以保证等问题,喷射沉积虽能获得细小晶粒,但层积流线难以消除,可靠性也难以保证,特别是刚性和耐磨性不够,影响了铝合金材料在轻量化强度耐磨结构件中的应用。为提高铝合金的刚度和耐磨性,也有外加陶瓷颗粒搅拌铸造强化的方法,但是通常采用的是搅拌铸造,成本低,但陶瓷粒子分散均匀困难,使得现有陶瓷强化铝合金复合材料存在陶瓷相分散不均,陶瓷颗粒与基体润湿性差,结合强度低,脆性大,易产生夹杂、缩孔缩松,质量安全系数低,综合性能不理想,材料质量可靠性不高,是规模化应用生产困难的技术难点。
发明内容
针对以上不足,本发明目的之一是提供一种强度、刚性、耐磨等综合性能优良的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料。
本发明的目的之二是提供上述原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法。
本发明的目的之一通过以下技术方案来实现:一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料,以铝合金粉末为主要原料经机械氧化球磨获得的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末制备而成,其包括的,其复合材料元素成分的质量分数组成为:铝75.5~88.16%、锌7.6~12.5%、铜2~2.6%、镁1.8~2.4%、锆0.1~0.5%、钇0.1~0.5%、铬0.1~0.5%、钛0.1~0.5%、氧0.01~5%。
进一步地,所述铝合金粉体的元素成分的质量分数组成为:铝80.4~88.2%、锌7.6~12.6%、铜2.0~2.6%、镁1.8~2.4%、锆0.1~0.5%、钇0.1~0.5%、铬0.1~0.5%、钛0.1~0.5%。
本发明目的之二是通过以下技术方案来实现的:所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.制备铝合金粉末;
S2.将所述铝合金粉末置于密封的砂磨机内,加入陶瓷磨介,并在氧气存在的情况下,进行研磨原位生成氧化铝;然后加入防氧化剂继续进行研磨,使铝合金粉体表面最后形成防氧化保费膜,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末;
S3.将所述铝合金-原位氧化铝复合粉末在惰性气氛下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并抽真空;
S4.将所述封装包套的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,真空加热后热挤压成型;
S5.经热处理,获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料。
所述步骤S1中,铝合金粉末由原料通过快速凝固气雾化的方式制成,粉末粒度小于100um,雾化气体为空气或氮气,雾化熔体温度为680~720℃。
所述步骤S2中,陶瓷磨介为直径为0.2~2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为4:1~2:1,氧气重量为铝合金粉末重量的0.04~5%。
所述步骤S2中,防氧化剂为2-甲基咪唑和硅烷,两者的加入量分别为铝合金粉末重量0.1~0.5%,加入后研磨时间为0.5~2小时。
所述步骤S4中,封装包套的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在加热炉中加热的升温速度为50-100℃/小时,加温到380-450℃并保温,保温时间为1~2小时。
所述步骤S4中,抽真空除气后真空度为0.1~2Pa。
所述步骤S4中,热挤压温度为380~450℃,挤压比为6~12。
所述步骤S5中,热处理为固溶和淬火、时效,其中:
固溶:温度为470~480℃,保温时间为1~2小时,升温速度为50~100℃/小时;
淬火:温度为55~65℃;介质,水
时效:温度为130~160℃,保温2~12小时。
本发明的优点:
1.本发明提供的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料,由以铝合金粉体为主要原料经氧化机械球磨法获得的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末制备而成。由于铝合金粉末在氧气氛态条件下混合研磨,实现纳米陶瓷原位氧化铝陶瓷粒子的原位生成,氧化铝陶瓷相细小均匀与基体(铝合金粉末)共格或半共格关系,与基体结合强度高且分散细小均匀,使铝合金材料的刚性耐磨性大大的改善,强度刚性耐磨性综合性能到达最佳的匹配,解决了量产质量的可靠性问题,大大扩展铝合金在轻量化领域的应用,如主要用于智能机械导轨、移动机械手臂、绑定机、贴片机耐磨部件、兵器壳体、航天航空结构件等关键部件轻量化设计,同时也实现了铝合金陶瓷复合材料的低成本高性能的规模化生产。
2.本发明提供的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法中,优化了铝合金的成分,然后将铝合金粉末与陶瓷磨介于砂磨机中进行研磨,使其与铝合金粉末相互磨擦,使粉末表面氧化层不断破坏又不断生成新氧化层,破坏--氧化-破坏直至氧消耗完,原位生成纳米氧化铝/铝合金粉末。在反应完成后,加入一定量的防氧化剂继续研磨,使得最后的铝合金粉末表面形成防氧化保费膜。使获得均匀的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末,氧化铝陶瓷相与铝合金具有共格或半共格关系,提高了结合强度,克服了传统陶瓷粒子外加强化铝合金与基体粉末界面结合强度低,陶瓷粒子聚集等问题。
3.本发明提供的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法中,将所得的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末经加热挤压成型后经热处理,可以进一步大幅度增加铝合金材料的强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合料的金相组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
S1.将原料铝、锌、铜、镁、锆、钇、铬、钛按终产品的元素配比要求制成铝合金粉末,具体为原料通过快速凝固气雾化的方式制成铝合金粉末,雾化气体为空气,雾化熔体温度为720℃,制成的铝合金粉末过100目筛分。其中,铝合金成分组成为:铝85.2%、锌8.5%、铜2.5%、镁2.0%、锆0.3%、钇0.5%、铬0.5%、钛0.5%。
S2.将100公斤铝合金粉末置于密封的砂磨机内,并逐步通入氧气或空气,砂磨,使铝合金粉末里化合物氧含量达到0.5%,砂磨机加入陶瓷磨介,陶瓷磨介为直径为2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为3:1,使其与铝合金粉末相互磨擦,使粉末表面氧化层不断破坏又不断生成新氧化层,又不断破坏直至氧消耗完。反应完成后,再加入一定量的防氧化剂以使得球磨粉末表面形成防氧化保费膜,其中,防氧化剂2-甲基咪在0.25Kg、硅烷0.25Kg,加入防氧化剂后球磨2小时,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末。
S3.将表面处理好的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在氩气惰性气氛保护下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并外连真空系统并抽真空至0.01Pa。
S.将真空包套封装的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,升温速度为100℃/小时,加温到450℃并保温,保温时间为1小时;抽真空除气,抽真空除气后真空度为0.01Pa。
然后,热挤压成材,热挤压温度为450℃,挤压比为12,挤压后获得型材。
S5.挤压后的型材进行热处理,热处理为固溶、淬火及时效,固溶温度为480℃,保温时间为2小时,升温速度为100℃/小时;淬火温度为55℃;时效为160℃,保温12小时,时效后室温获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合料。
实施例2
S1.将原料铝、锌、铜、镁、锆、钇、铬、钛按终产品的元素配比要求制成铝合金粉末,具体为原料通过快速凝固气雾化的方式制成铝合金粉末,雾化气体为空气,雾化熔体温度为720℃,制成的铝合金粉末过100目筛分。其中,铝合金成分组成为:铝85.2%、锌8.5%、铜2.5%、镁2.0%、锆0.3%、钇0.5%、铬0.5%、钛0.5%。
S2.将100公斤铝合金粉末置于密封的砂磨机内,并逐步通入氧气或空气,砂磨,使铝合金粉末里化合物氧含量达到1.5%,砂磨机加入陶瓷磨介,陶瓷磨介为直径为2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为3:1,使其与铝合金粉末相互磨擦,使粉末表面氧化层不断破坏又不断生成新氧化层,又不断破坏直至氧消耗完;再加入一定量的防氧化剂以使得球磨粉末表面形成防氧化保费膜,其中,防氧化剂2-甲基咪在0.25Kg、硅烷0.25Kg,加入防氧化剂后球磨2小时,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末。
S3.将表面处理好的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在氩气惰性气氛保护下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并外连真空系统并抽真空至0.01Pa。
S4.将真空包套封装的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,升温速度为100℃/小时,加温到450℃并保温,保温时间为1小时;抽真空除气,抽真空除气后真空度为0.01Pa。
然后,热挤压成材,热挤压温度为450℃,挤压比为12,挤压后获得型材。
S5.挤压后的型材进行热处理,热处理为固溶、淬火及时效,固溶温度为480℃,保温时间为2小时,升温速度为100℃/小时;淬火温度为55℃;时效为160℃,保温12小时,时效后室温获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合料。
实施例3
S1.将原料铝、锌、铜、镁、锆、钇、铬、钛按终产品的元素配比要求制成铝合金粉末,具体为原料通过快速凝固气雾化的方式制成铝合金粉末,雾化气体为空气,雾化熔体温度为720℃,制成的铝合金粉末过100目筛分。其中,铝合金成分组成为:铝85.2%、锌8.5%、铜2.5%、镁2.0%、锆0.3%、钇0.5%、铬0.5%、钛0.5%。
S2.将100公斤铝合金粉末置于密封的砂磨机内,并逐步通入氧气或空气,砂磨,使铝合金粉末里化合物氧含量达到2.5%,砂磨机加入陶瓷磨介,陶瓷磨介为直径为2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为3:1,使其与铝合金粉末相互磨擦,使粉末表面氧化层不断破坏又不断生成新氧化层,又不断破坏直至氧消耗完;再加入一定量的防氧化剂以使得球磨粉末表面形成防氧化保费膜,其中,防氧化剂2-甲基咪在0.25Kg、硅烷0.25Kg,加入防氧化剂后球磨2小时,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末。
S3.将表面处理好的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在氩气惰性气氛保护下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并外连真空系统并抽真空至0.01Pa。
S4.将真空包套封装的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,升温速度为100℃/小时,加温到450℃并保温,保温时间为1小时;抽真空除气,抽真空除气后真空度为0.01Pa。
然后热挤压成材,热挤压温度为450℃,挤压比为12,挤压后获得型材。
S.挤压后的型材进行热处理,热处理为固溶、淬火及时效,固溶温度为480℃,保温时间为2小时,升温速度为100℃/小时;淬火温度为55℃;时效为160℃,保温12小时,时效后室温获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合料。
实施例4
S1.将原料铝、锌、铜、镁、锆、钇、铬、钛按终产品的元素配比要求制成铝合金粉末,具体为原料通过快速凝固气雾化的方式制成铝合金粉末,雾化气体为空气,雾化熔体温度为720℃,制成的铝合金粉末过100目筛分。其中,铝合金成分组成为:铝82.2%、锌11.5%、铜2.5%、镁2.0%、锆0.3%、钇0.5%、铬0.5%、钛0.5%。
S2.将100公斤铝合金粉末置于密封的砂磨机内,并逐步通入氧气或空气,砂磨,使铝合金粉末里化合物氧含量达到0.5%,砂磨机加入陶瓷磨介,陶瓷磨介为直径为2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为3:1,使其与铝合金粉末相互磨擦,使粉末表面氧化层不断破坏又不断生成新氧化层,又不断破坏直至氧消耗完;再加入一定量的防氧化剂以使得球磨粉末表面形成防氧化保费膜,其中,防氧化剂2-甲基咪在0.25Kg、硅烷0.25Kg,加入防氧化剂后球磨2小时,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末。
S3.将表面处理好的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在氩气惰性气氛保护下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并外连真空系统并抽真空至0.01Pa。
S4.将真空包套封装的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,升温速度为100℃/小时,加温到450℃并保温,保温时间为1小时;抽真空除气,抽真空除气后真空度为0.01Pa。
然后,热挤压成材,热挤压温度为450℃,挤压比为12,挤压后获得型材。
S5.挤压后的型材进行热处理,热处理为固溶、淬火及时效,固溶温度为480℃,保温时间为2小时,升温速度为100℃/小时;淬火温度为55℃;时效为160℃,保温12小时,时效后室温获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合料。
实施例5
S1.将原料铝、锌、铜、镁、锆、钇、铬、钛按终产品的元素配比要求制成铝合金粉末,具体为原料通过快速凝固气雾化的方式制成铝合金粉末,雾化气体为空气,雾化熔体温度为720℃,制成的铝合金粉末过100目筛分。其中,铝合金成分组成为:铝82.2%、锌11.5%、铜2.5%、镁2.0%、锆0.3%、钇0.5%、铬0.5%、钛0.5%。
S2.将100公斤铝合金粉末置于密封的砂磨机内,并逐步通入氧气或空气,砂磨,使铝合金粉末里化合物氧含量达到1.5%,砂磨机加入陶瓷磨介,陶瓷磨介为直径为2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为3:1,使其与铝合金粉末相互磨擦,使粉末表面氧化层不断破坏又不断生成新氧化层,又不断破坏直至氧消耗完;再加入一定量的防氧化剂以使得球磨粉末表面形成防氧化保费膜,其中,防氧化剂2-甲基咪在0.25Kg、硅烷0.25Kg,加入防氧化剂后球磨2小时,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末。
S3.将表面处理好的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在氩气惰性气氛保护下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并外连真空系统并抽真空至0.01Pa。
S4.将真空包套封装的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,升温速度为100℃/小时,加温到450℃并保温,保温时间为1小时;抽真空除气,抽真空除气后真空度为0.01Pa。
然后,热挤压成材,热挤压温度为450℃,挤压比为12,挤压后获得型材。
S5.挤压后的型材进行热处理,热处理为固溶、淬火及时效,固溶温度为480℃,保温时间为2小时,升温速度为100℃/小时;淬火温度为55℃;时效为160℃,保温12小时,时效后室温获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合料。
实施例6
S1.将原料铝、锌、铜、镁、锆、钇、铬、钛按终产品的元素配比要求制成铝合金粉末,具体为原料通过快速凝固气雾化的方式制成铝合金粉末,雾化气体为空气,雾化熔体温度为720℃,制成的铝合金粉末过100目筛分。其中,铝合金成分组成为:铝82.2%、锌11.5%、铜2.5%、镁2.0%、锆0.3%、钇0.5%、铬0.5%、钛0.5%。
S2.将100公斤铝合金粉末置于密封的砂磨机内,并逐步通入氧气或空气,砂磨,使铝合金粉末里化合物氧含量达到2.5%,砂磨机加入陶瓷磨介,陶瓷磨介为直径为2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为3:1,使其与铝合金粉末相互磨擦,使粉末表面氧化层不断破坏又不断生成新氧化层,又不断破坏直至氧消耗完;再加入一定量的防氧化剂以使得球磨粉末表面形成防氧化保费膜,其中,防氧化剂2-甲基咪在0.25Kg、硅烷0.25Kg,加入防氧化剂后球磨2小时,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末。
S3.将表面处理好的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在氩气惰性气氛保护下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并外连真空系统并抽真空至0.01Pa。
S4.将真空包套封装的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,升温速度为100℃/小时,加温到450℃并保温,保温时间为1小时;抽真空除气,抽真空除气后真空度为0.01Pa。
然后,热挤压成材,热挤压温度为450℃,挤压比为12,挤压后获得型材。
S5.挤压后的型材进行热处理,热处理为固溶、淬火及时效,固溶温度为480℃,保温时间为2小时,升温速度为100℃/小时;淬火温度为55℃;时效为160℃,保温12小时,时效后室温获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合料。
原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金材料力学性能(T6态)
Figure BDA0003250961190000091
用实施例1-6中的铝合金粉末和氧化铝陶瓷粉末(同质量)混合法制备复合粉采用同样的热挤压工艺其材料性能如下:
原位生成氧化铝强化铝合金材料力学性能(T6态)
Figure BDA0003250961190000092
Figure BDA0003250961190000101
从材料性能上看出原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金不仅能提高铝合金强度,韧性。而且大大的提高了基体铝合金的刚度和硬度,克服了传统铝合金在使用过程中容易变形、耐磨性差、尺寸的精密稳定性不够等缺点,可根据应用场景的要求调节原位氧化铝生成量,而获得不同的性能,将大大地扩展铝合金的应用场景,新型原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金材料将广泛应用于智能设备关键零部件轻量化制造。

Claims (10)

1.一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料,其特征在于,以铝合金粉末为主要原料经机械氧化球磨获得的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末制备而成,所述复合材料包括的元素成分的质量分数组成为:铝75.5~88.16%、锌7.6~12.5%、铜2~2.6%、镁1.8~2.4%、锆0.1~0.5%、钇0.1~0.5%、铬0.1~0.5%、钛0.1~0.5%、氧0.01~5%。
2.根据权利要求1所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料,其特征在于,所述铝合金的元素成分的质量分数组成为:铝80.4~88.2%、锌7.6~12.6%、铜2.0~2.6%、镁1.8~2.4%、锆0.1~0.5%、钇0.1~0.5%、铬0.1~0.5%、钛0.1~0.5%。
3.权利要求1或2所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.铝合金粉末制备;
S2.将所述铝合金粉末置于密封的砂磨机内,加入陶瓷磨介,并氧气存在的情况下,进行研磨,进行机械合金化合成原位氧化铝;然后加入防氧化剂继续进行研磨,使铝合金粉体表面形成致密保费膜,获得铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末;
S3.将所述铝合金-原位氧化铝复合粉末在惰性气氛下装入铝合金圆筒包套,焊接密封并抽真空除气;
S4.将所述封装包套的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末放入加热炉中,真空加热后热挤压成型;
S5.经热处理,获得原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料。
4.根据权利要求3所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,铝合金粉末由原料通过快速凝固气雾化的方式制成,粉末粒度小于100um,雾化气体为空气或氮气,雾化熔体温度为680~720℃。
5.根据权利要求3所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,陶瓷磨介为直径为0.2~2mm的陶瓷微珠,陶瓷磨介与铝合金粉末的重量比为4:1~2:1,氧气重量为铝合金粉末重量的0.04~5%。
6.根据权利要求3所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,防氧化剂为2-甲基咪唑和硅烷,两者的加入量分别为铝合金粉末重量的0.1~0.5%,加入后研磨时间为0.5~2小时。
7.根据权利要求3所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中,封装包套的铝合金-原位氧化铝陶瓷复合粉末在加热炉中加热的升温速度为50-100℃/小时,加温到380-450℃并保温,保温时间为1~2小时。
8.根据权利要求3所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中,抽真空除气后真空度为0.1~2Pa。
9.根据权利要求3所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中,热挤压温度为380~450℃,挤压比为6~12。
10.根据权利要求3所述的原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S5中,热处理为固溶和淬火、时效,
固溶:温度为470~480℃,保温时间为1~2小时,升温速度为50~100℃/小时;
淬火:温度为55~65℃;介质,水
时效:温度为130~160℃,保温2~12小时。
CN202111045233.XA 2021-09-07 2021-09-07 一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法 Pending CN113684404A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111045233.XA CN113684404A (zh) 2021-09-07 2021-09-07 一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111045233.XA CN113684404A (zh) 2021-09-07 2021-09-07 一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113684404A true CN113684404A (zh) 2021-11-23

Family

ID=78585591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111045233.XA Pending CN113684404A (zh) 2021-09-07 2021-09-07 一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113684404A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114875268A (zh) * 2022-05-27 2022-08-09 安徽佳晟金属科技有限公司 一种铝合金棒材及其生产工艺

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4722754A (en) * 1986-09-10 1988-02-02 Rockwell International Corporation Superplastically formable aluminum alloy and composite material
US4946517A (en) * 1988-10-12 1990-08-07 Aluminum Company Of America Unrecrystallized aluminum plate product by ramp annealing
CN103710581A (zh) * 2013-12-27 2014-04-09 江苏大学 一种纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN105088029A (zh) * 2014-05-07 2015-11-25 天长市正牧铝业科技有限公司 一种球棒用铝合金的制造方法
CN106756302A (zh) * 2016-12-19 2017-05-31 镇江创智特种合金科技发展有限公司 一种高温耐磨高强活塞铝合金复合材料及其制备方法
CN108265210A (zh) * 2017-12-21 2018-07-10 歌尔股份有限公司 一种铝合金材料、铝合金制品及其制备方法
CN109295332A (zh) * 2018-11-29 2019-02-01 山东南山铝业股份有限公司 一种7系铝合金型材及其制备方法
CN110629061A (zh) * 2019-08-15 2019-12-31 西安理工大学 一种原位纳米氧化铝含量可控的铝基复合材料的制备方法
CN112424387A (zh) * 2018-07-17 2021-02-26 新布里萨什肯联铝业 适于成型和组装的由7xxx铝合金制成的薄板的制造方法
CN112626400A (zh) * 2020-12-10 2021-04-09 中国兵器科学研究院宁波分院 一种高韧性铝合金及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4722754A (en) * 1986-09-10 1988-02-02 Rockwell International Corporation Superplastically formable aluminum alloy and composite material
US4946517A (en) * 1988-10-12 1990-08-07 Aluminum Company Of America Unrecrystallized aluminum plate product by ramp annealing
CN103710581A (zh) * 2013-12-27 2014-04-09 江苏大学 一种纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN105088029A (zh) * 2014-05-07 2015-11-25 天长市正牧铝业科技有限公司 一种球棒用铝合金的制造方法
CN106756302A (zh) * 2016-12-19 2017-05-31 镇江创智特种合金科技发展有限公司 一种高温耐磨高强活塞铝合金复合材料及其制备方法
CN108265210A (zh) * 2017-12-21 2018-07-10 歌尔股份有限公司 一种铝合金材料、铝合金制品及其制备方法
CN112424387A (zh) * 2018-07-17 2021-02-26 新布里萨什肯联铝业 适于成型和组装的由7xxx铝合金制成的薄板的制造方法
CN109295332A (zh) * 2018-11-29 2019-02-01 山东南山铝业股份有限公司 一种7系铝合金型材及其制备方法
CN110629061A (zh) * 2019-08-15 2019-12-31 西安理工大学 一种原位纳米氧化铝含量可控的铝基复合材料的制备方法
CN112626400A (zh) * 2020-12-10 2021-04-09 中国兵器科学研究院宁波分院 一种高韧性铝合金及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NICOARA M等: "Optimizing the parameters for in situ fabrication of hybrid Al-Al2O3 composites", 《JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS AND CALORIMETRY》 *
李元元: "《新型材料与科学技术 金属材料卷》", 30 September 2012, 华南理工大学出版社 *
潘浩等: "纳米 Al 2O 3 增强铝基复合材料的制备技术和发展方向", 《材料导报A:综述篇》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114875268A (zh) * 2022-05-27 2022-08-09 安徽佳晟金属科技有限公司 一种铝合金棒材及其生产工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106086726B (zh) SiC纳米线增强铝基复合材料及其制备方法
CN107022691B (zh) 一种以多层石墨烯微片为原材料制备石墨烯增强铝基复合材料的方法
CN109321767B (zh) 一种复合强化法制备混杂颗粒增强铝基复合材料的方法
CN110744047A (zh) 一种铝基复合材料的制备方法
CN109554565A (zh) 一种碳纳米管增强铝基复合材料的界面优化方法
CN106799496B (zh) 一种石墨和铝硅合金复合电子封装材料及其制备方法
CN105838913A (zh) 一种石墨烯/镍复合材料及其制备方法
CN112593123B (zh) 一种锆基非晶颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN100432267C (zh) 一种高强镁基复合材料及其制备方法
EP1425254A1 (en) Boron containing ceramic-aluminum metal composite and method to form the composite
CN1195088C (zh) 反应球磨制备原位增强镁基复合材料的工艺
CN113684404A (zh) 一种原位生成氧化铝陶瓷强化铝合金复合材料及其制备方法
CN109778018B (zh) 铝碳化硅材料的制备方法及制备得到的铝碳化硅材料
CN109576522B (zh) 一种碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法
CN105689702B (zh) 铝包石墨复合粉体、包含该复合粉体的铝-石墨复合材料及其制备方法
CN1482265A (zh) 可控体积份数SiCp/Al复合材料的压力铸造制备方法
CN114150175A (zh) 一种利用粉末注射成形技术制备Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的方法
Gupta et al. An insight into processing and characteristics of magnesium based composites
CN108315629B (zh) 一种Al/SiC金属陶瓷复合材料的制备方法
CN107790729A (zh) 一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法
CN111424195A (zh) 一种细化剂、其制备方法、其应用、铝合金及其细化方法
CN108034866A (zh) 一种高性能氮化硅铝基复合材料及其制备方法
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
CN111733357A (zh) 一种高体积分数陶瓷增强铝基复合材料制备方法
USH1146H (en) Plasma spraying tungsten heavy alloys

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211123