CN115305378A - 一种低变形抗力高耐腐蚀的6系铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种低变形抗力高耐腐蚀的6系铝合金复合材料及其制备方法。所述6系铝合金复合材料通过以下步骤的方法制备而成：钛锡碳(Ti2SnC)粉末与ⅢA族金属粉末反应得到TiCX/ⅢA(Sn)中间体，随后在熔融状态下与6系铝合金颗粒熔融混合，冷却，切割，即得。本发明制备通过加入钛锡碳(Ti2SnC)与铝粉，在其在较高温度下会发生化学反应生成TiCX相以及Al‑Sn两种金属相，同时加入到6系铝合金基材中，不仅能提高6系铝合金的耐腐蚀性，降低其变形抗力，同时也能使6系铝合金在低温条件下也能维持低变形抗力状态，从而扩大了6系铝合金在低温生产条件的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种低变形抗力高耐腐蚀的6系铝合金复合材料及其制备方法。
背景技术
铝基复合材料相比铝合金具有高比强度、高耐磨性、抗疲劳等优异性能，被广泛应用在航空航天、国防、汽车等领域。在铝合金的生产过程中，通过添加不同合金元素及通过不同热处理工艺，可以获得不同程度的强化；如，2系、5系、6系、7系铝合金等等。其中，在国内应用比较广泛的中高强度6系合金主要是6061合金，但是因为6061合金含Cu元素，而且Cu元素的固溶温度低，所以在挤压过程中基本Cu元素处于一个完全固溶的状态，会显著增大变形抗力。同时6061合金的成份配比中，Mg元素的下限含量为0.8％，在6系内属于偏高的Mg含量，而Mg元素的固溶量大，且固溶后对变形抗力的影响大于Si元素，所以6061合金无论如何调配成份，因为Mg元素的下限含量较高，其变形抗力都较大。同时随着温度的下降，6061合金的变形抗力会增高，因此导致6061合金在低温条件下的使用受到限制。
TiC是颗粒增强铝基复合材料中使用率较高的增强体，但是TiC颗粒与铝基体之间较差的润湿性，很难制备组织均匀、性能优良的复合材料。
基于上述情况，本发明提出了一种低变形抗力高耐腐蚀的6系铝合金复合材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低变形抗力高耐腐蚀的6系铝合金复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种低变形抗力高耐腐蚀的6系铝合金复合材料，所述6系铝合金复合材料通过以下步骤的方法制备而成：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及ⅢA族金属粉末，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入无水乙醇进行湿混，放入氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为150～160r/min，时间为9～10h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在45～50℃干燥1～2h，随后将复合粉末投入直径为20～25mm、高度为40～45mm的模具中，以压力40～45MPa保压2～3min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入惰性气体，以升温速率为25℃/min，升温至950～1000℃，并保温60～90min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/ⅢA(Sn)中间体；
(4)将6系铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到850～900℃时，加入TiCX/ⅢA(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温15～20min，扒去表面浮渣；
(5)在750～800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
优选地，所述钛锡碳(Ti2SnC)的粒径为200目～300目，纯度≥98％。
优选地，所述ⅢA族金属粉末为铝粉。
优选地，所述铝粉的粒径为200目～300目，纯度≥99.9％。
优选地，所述钛锡碳(Ti2SnC)粉末与铝粉的质量比为2.5～4.5:5.5～7.5。
优选地，所述无水乙醇的用量为醇料比为0.5～1:1。
优选地，所述氧化锆球的用量为球料比8～10:1。
优选地，所述惰性气体为氩气、氦气、二氧化碳的其中一种。
优选地，所述的6系铝合金颗粒为6061铝合金颗粒、6063铝合金颗粒、6065铝合金颗粒的其中一种。
优选地，所述的6系铝合金颗粒为6061铝合金颗粒，所述6061铝合金颗粒由如下重量百分比的成分构成：Zn：0.25～0.30％、Mg：0.8～0.9％、Cu：0.1～0.2％、Fe：0.65～0.7％、Si：0.5～0.6％、Mn：0.15～2.0％、Cr：0.1～0.2％、Ti：0.15～0.25％、余量为Al。
在其中一个实施例中，所述6061铝合金颗粒由如下重量百分比的成分构成：Zn：0.25％、Mg：0.9％、Cu：0.2％、Fe：0.7％、Si：0.5％、Mn：0.15％、Cr：0.1％、Ti：0.15％、余量为Al。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明制备通过加入钛锡碳(Ti2SnC)与铝粉，在其在较高温度下会发生化学反应生成TiCX相以及Al-Sn两种金属相，同时加入到6系铝合金基材中，不仅能提高6系铝合金的耐腐蚀性，降低其变形抗力，同时也能使6系铝合金在低温条件下也能维持低变形抗力状态，从而扩大了6系铝合金在低温生产条件的应用范围。
2.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制；同时，制备方法简单，总体生产成本不高，有利于工业的大规模生产。
具体实施方式
实施例1
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及铝粉，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入醇料比为0.5:1的无水乙醇进行湿混，磨球选择氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为150r/min，时间为10h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在45℃干燥2h，随后将复合粉末投入直径为20mm、高度为40mm的模具中，以压力40MPa保压3min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入氩气，以升温速率为25℃/min，升温至950℃，并保温90min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/Al(Sn)中间体；
(4)将6061铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到850℃时，加入TiCX/Al(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温20min，扒去表面浮渣；
(5)在750℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
实施例2
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及铝粉，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入醇料比为0.5:1的无水乙醇进行湿混，磨球选择氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为160r/min，时间为9h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在50℃干燥1h，随后将复合粉末投入直径为25mm、高度为45mm的模具中，以压力45MPa保压2min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入氩气，以升温速率为25℃/min，升温至1000℃，并保温60min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/Al(Sn)中间体；
(4)将6061铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到900℃时，加入TiCX/Al(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温15min，扒去表面浮渣；
(5)在800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
实施例3
按表1称量具体原料，步骤制备步骤如下：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及铝粉，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入醇料比为0.5:1的无水乙醇进行湿混，磨球选择氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为160r/min，时间为10h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在50℃干燥2h，随后将复合粉末投入直径为25mm、高度为45mm的模具中，以压力45MPa保压3min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入氩气，以升温速率为25℃/min，升温至1000℃，并保温90min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/Al(Sn)中间体；
(4)将6061铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到900℃时，加入TiCX/Al(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温20min，扒去表面浮渣；
(5)在800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
对比例1
按表1称量具体原料，与实施例3不同的是，步骤(1)使用的为锰粉与钛锡碳混合，其余步骤制备步骤如下：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及锰粉，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入醇料比为0.5:1的无水乙醇进行湿混，磨球选择氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为160r/min，时间为10h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在50℃干燥2h，随后将复合粉末投入直径为25mm、高度为45mm的模具中，以压力45MPa保压3min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入氩气，以升温速率为25℃/min，升温至1000℃，并保温90min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/Mn(Sn)中间体；
(4)将6061铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到900℃时，加入TiCX/Mn(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温20min，扒去表面浮渣；
(5)在800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
对比例2
按表1称量具体原料，与实施例3不同的是，步骤(1)使用的为铁粉与钛锡碳混合，步骤制备步骤如下：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及铁粉，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入醇料比为0.5:1的无水乙醇进行湿混，磨球选择氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为160r/min，时间为10h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在50℃干燥2h，随后将复合粉末投入直径为25mm、高度为45mm的模具中，以压力45MPa保压3min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入氩气，以升温速率为25℃/min，升温至1000℃，并保温90min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/Fe(Sn)中间体；
(4)将6061铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到900℃时，加入TiCX/Fe(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温20min，扒去表面浮渣；
(5)在800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
对比例3
按表1称量具体原料，与实施例3不同的是，步骤(1)使用的为锌粉与钛锡碳混合，步骤制备步骤如下：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及锌粉，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入醇料比为0.5:1的无水乙醇进行湿混，磨球选择氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为160r/min，时间为10h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在50℃干燥2h，随后将复合粉末投入直径为25mm、高度为45mm的模具中，以压力45MPa保压3min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入氩气，以升温速率为25℃/min，升温至1000℃，并保温90min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/Zn(Sn)中间体；
(4)将6061铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到900℃时，加入TiCX/Zn(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温20min，扒去表面浮渣；
(5)在800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
对比例4
按表1称量具体原料，与实施例3不同的是，未制备TiCX/Al(Sn)中间体，其余步骤制备步骤如下：
(1)将6061铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到900℃时，同时机械搅拌并保温20min，扒去表面浮渣；
(2)在800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
表1
实施例4变形抗力评价
从实施例1～3与对比例1～4中制备得到的铝合金复合材料中选取6份样品(标记为1#～6#)作为测试样，取平均值，采用挤压过程中金属流通过模孔的突破压力来衡量工艺条件相同的情况下，通过在90MN挤压机上生产直径150mm实心棒材来检验。结果见表2。
对实施例1～3和对比例1～4的铝合金复合材料的耐化学腐蚀性进行测试，测试方法：以Keller试剂为腐蚀液，腐蚀时间为50s。晶间腐蚀参照国标GB/T7998-2005《铝合金晶间腐蚀测试方法》进行，结果见表2。
表2
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种低变形抗力高耐腐蚀的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述6系铝合金复合材料通过以下步骤的方法制备而成：
(1)称量钛锡碳(Ti2SnC)粉末以及ⅢA族金属粉末，放入聚四氟乙烯的球磨罐中，同时加入无水乙醇进行湿混，放入氧化锆球，球料比8:1，球磨转速为150～160r/min，时间为9～10h，得到复合粉末；
(2)将得到的复合粉末在45～50℃干燥1～2h，随后将复合粉末投入直径为20～25mm、高度为40～45mm的模具中，以压力40～45MPa保压2～3min，得冷压胚体；
(3)将冷压胚体转移至真空烧结炉中，通入惰性气体，以升温速率为25℃/min，升温至950～1000℃，并保温60～90min，自然冷却至80℃以下出炉，得到TiCX/ⅢA(Sn)中间体；
(4)将6系铝合金颗粒放入石墨坩埚中熔炼成合金液，使合金液温度达到850～900℃时，加入TiCX/ⅢA(Sn)中间体，同时机械搅拌并保温15～20min，扒去表面浮渣；
(5)在750～800℃下将合金液浇入水冷石墨模中，冷却，切割，即得。
2.根据权利要求1所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述钛锡碳(Ti2SnC)的粒径为200目～300目，纯度≥98％。
3.根据权利要求1所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述ⅢA族金属粉末为铝粉，所述铝粉的粒径为200目～300目，纯度≥99.9％。
4.根据权利要求3所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述钛锡碳(Ti2SnC)粉末与铝粉的质量比为2.5～4.5:5.5～7.5。
5.根据权利要求1所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述氧化锆球的用量为球料比8～10:1。
6.根据权利要求1所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述无水乙醇的用量为醇料比为0.5～1:1。
7.根据权利要求1所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述惰性气体为氩气、氦气、二氧化碳的其中一种。
8.根据权利要求1所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述的6系铝合金颗粒为6061铝合金颗粒、6063铝合金颗粒、6065铝合金颗粒的其中一种。
9.根据权利要求8所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述的6系铝合金颗粒为6061铝合金颗粒，所述6061铝合金颗粒由如下重量百分比的成分构成：Zn：0.25～0.30％、Mg：0.8～0.9％、Cu：0.1～0.2％、Fe：0.65～0.7％、Si：0.5～0.6％、Mn：0.15～2.0％、Cr：0.1～0.2％、Ti：0.15～0.25％、余量为Al。
10.根据权利要求9所述的6系铝合金复合材料，其特征在于，所述6061铝合金颗粒由如下重量百分比的成分构成：Zn：0.25％、Mg：0.9％、Cu：0.2％、Fe：0.7％、Si：0.5％、Mn：0.15％、Cr：0.1％、Ti：0.15％、余量为Al。
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