CN115927932A - 一种高强度压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高强度压铸铝合金及其制备方法，所述高强度压铸铝合金的制备方法包括以下步骤：S1、金属陶瓷制备；S2、熔炼；S3、压铸。该高强度压铸铝合金及其制备方法，通过添加金属陶瓷，可以对铝合金变形过程的位错具有钉扎作用，增强铝合金的强度；而且，La以固溶的形式存在于(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷中，可以减少铝合金元素偏析，且与界面上的杂质元素结合，起到净化晶界的作用；同时，金属陶瓷自身硬度高，与铝合金形成复合材料后，极大地提升铝合金的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，特别是涉及一种高强度压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
随着5G以及电子信息技术等新的应用场景的出现，传统的压铸铝合金在强度等性能上不能满足产品的轻量化、薄壁化等需求，因此需要开发一种成本相对较低的压铸铝复合材料，可以极大地提升压铸件的抗拉强度等力学性能，以制作满足轻量化、薄壁化等需求的电子结构件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度压铸铝合金及其制备方法，来提升压铸铝合金的强度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开了一种高强度压铸铝合金，所述高强度压铸铝合金由(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷和铝合金熔炼后压铸所得，其中，所述铝合金的各组分的重量百分比为：Zn：8.0wt％-12.0wt％、Mg：4.5wt％-5.5wt％、Cu：3.0wt％-5.0wt％、Si：4.5wt％-5.5wt％、Mn：0.5wt％-1.5wt％、Y：0.3wt％-1.5wt％、余量为Al和不可避免的杂质，所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的用量为高强度压铸铝合金质量的1.0％～10.0％。
进一步地，在上述的高强度压铸铝合金中，所述铝合金的各组分的重量百分比为：Zn：10.0wt％、Mg：5.0wt％、Cu：4.0wt％、Si：5.0wt％、Mn：1.0wt％、Y：0.5wt％、余量为Al和不可避免的杂质。
进一步地，在上述的高强度压铸铝合金中，所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的用量为高强度压铸铝合金质量的2.0％～8.0％。
进一步地，在上述的高强度压铸铝合金中，所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的各组分的重量百分比为：Ti：60wt％-62wt％、La：0.01wt％-0.3wt％、C：5.0wt％-10.0wt％、N：9.0wt％-12.0wt％、Ni：9.0wt％-12.0wt％和Co：9.5wt％-10.5wt％。
进一步地，在上述的高强度压铸铝合金中，所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的各组分的重量百分比为：Ti：61.8wt％、La：0.2wt％、C：8.0wt％、N：10.0wt％、Ni：10.0wt％和Co：10.0wt％。
本申请还公开了一种高强度压铸铝合金的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
S1、金属陶瓷制备
S11、将TiO2、La2O3、TiC和C混合，并置于滚筒式球磨机干磨4h，得混合粉末，将混合粉末通过150目的筛网后转入到高温石墨碳管炉中，在1800℃下和氮气保护气氛情况下高温碳氮化3h，然后随炉冷却，得碳化粉末；
S12、将步骤11)所得碳化粉末，与质量为碳化粉末质量10％的Co和10％的Ni粘结相进行混合，在滚筒式球磨机中温磨，得混合料粒子，将混合料粒子压成试样条，并将试样条在1450℃下真空烧结1h，得样品；
S13、将步骤12)烧结后所得的样品粉碎，并在球磨机上进行球磨，获得(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末；
S2、熔炼
S21、在熔炼炉中放入铝锭，并升温至720℃-750℃进行熔化，铝锭完全熔化后，加入其它中间合金，待其完全熔化后，加入纯锌锭，去渣扒灰，得到金属熔体；
S22、将步骤S1得到的(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末加入到S21所得的金属熔体中，搅拌保温；
S3、压铸
将S22所得的金属熔体压铸后得高强度压铸铝合金。
进一步地，在上述的高强度压铸铝合金的制备方法中，所述TiO2、La2O3、TiC和C按照元素质量分数C为9.5％、N10.5％、Ti79.5％、La0.15％的比例混合。
进一步地，在上述的高强度压铸铝合金的制备方法中，所述中间合金包括AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金和AlY合金。
与现有技术相比，该高强度压铸铝合金及其制备方法，La以固溶的形式存在于(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷中，可以减少铝合金元素偏析，且与界面上的杂质元素结合，起到净化晶界的作用；另外，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷可以对铝合金变形过程的位错具有钉扎作用，增强铝合金的强度；还有，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷因其自身硬度高，与铝合金形成复合材料后，极大地提升铝合金的硬度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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所示为本发明一具体实施例中(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷复式碳化物的表面形貌图。
图2所示为本发明一具体实施例中高强度压铸铝合金的表面形貌图。
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详细的描述，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做出创造性劳动的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。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本发明的实施例1的一种高强度压铸铝合金，由(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷和铝合金熔炼后压铸所得，其中，所述铝合金的各组分的重量百分比为：Zn：10.0wt％、Mg：5.0wt％、Cu：4.0wt％、Si：5.0wt％、Mn：1.0wt％、Y：0.5wt％、余量为Al和不可避免的杂质，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的各组分的重量百分比为：Ti：61.8wt％、La：0.2wt％、C：8.0wt％、N：10.0wt％、Ni：10.0wt％和Co：10.0wt％，且用量为高强度压铸铝合金质量的2.0％。
本发明实施例1的高强度压铸铝合金的制备方法，包括下述步骤：
S1、金属陶瓷制备
S11、将TiO2、La2O3、TiC和C按照元素质量分数C为9.5％、N10.5％、Ti79.5％、La0.15％的比例混合，并置于滚筒式球磨机干磨4h，得混合粉末，将混合粉末通过150目的筛网后转入到高温石墨碳管炉中，在1800℃下和氮气保护气氛情况下高温碳氮化3h，然后随炉冷却，得碳化粉末；
S12、将步骤11)所得碳化粉末，与质量为碳化粉末质量10％的Co和10％的Ni粘结相进行混合，在滚筒式球磨机中温磨，以质量分数为4％聚乙二醇400(PEG400)为成型剂，以无水乙醇为球磨介质，采用直径为8mm的WC-8％Co硬质合金球，在球料比为9：1，转速为60rpm条件下，球磨72h后，真空干燥和200目过筛后，得混合料粒子，将混合料粒子压成试样条，并将试样条在1450℃下真空烧结1h，得样品；
S13、将步骤12)烧结后所得的样品粉碎，并在球磨机上进行球磨，获得(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末；
S2、熔炼
S21、在熔炼炉中放入铝锭，并升温至720℃-750℃进行熔化，铝锭完全熔化后，依次加入AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金，待其完全熔化后，加入纯锌锭，去渣扒灰，得到金属熔体；
S22、将步骤S1得到的(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末，按照按质量分数的2％的比例加入到S21所得的金属熔体中，搅拌保温；
S3、压铸
将S22所得的金属熔体将注入到压铸机中，压铸机向模具内压射金属熔体，完成压铸，得压铸成型的工件。
实施例2
原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末的添加量为4.0wt％。
实施例3
原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末的添加量为6.0wt％。
实施例4
原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末的添加量为8.0wt％。
对比例
原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，不加入(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末。
上述实施例1至4以及对比例制备的高强度压铸铝合金的元素质量分数见表1，其中，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷成分元素质量分数见表2，对实施例1至4以及对比例制备的高强度压铸铝合金分别进行扬氏模量、抗拉强度和硬度的力学性能测试，所得到的检测结果见表3。
表1高强度压铸铝合金元素质量分数
| 成分 | Zn | Mg | Cu | Si | Mn | Y | 金属陶瓷 | Al |
| 实施例1 | 10 | 5 | 4 | 5 | 1 | 0.5 | 2 | 余量 |
| 实施例2 | 10 | 5 | 4 | 5 | 1 | 0.5 | 4 | 余量 |
| 实施例3 | 10 | 5 | 4 | 5 | 1 | 0.5 | 6 | 余量 |
| 实施例4 | 10 | 5 | 4 | 5 | 1 | 0.5 | 8 | 余量 |
| 对比例 | 10 | 5 | 4 | 5 | 1 | 0.5 | 0 | 余量 |
表2(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷成分元素质量分数
| 成分 | Ti | La | C | N | Ni | Co |
| 含量 | 61.8 | 0.2 | 8 | 10 | 10 | 10 |
表3高强度压铸铝合金的力学性能
| 性能 | 扬氏模量GPa | 抗拉强度MPa | 硬度HV |
| 实施例1 | 180 | 265.5 | 150 |
| 实施例2 | 215 | 280.8 | 250 |
| 实施例3 | 257 | 315.2 | 450 |
| 实施例4 | 210 | 285.4 | 550 |
| 对比例 | 89 | 240 | 30 |
根据上述表1和表3的数据可以看出，加入金属陶瓷后的高强度压铸铝合金的扬氏模量、抗拉强度和硬度均得到明显提高，随着金属陶瓷添加量的增大，高强度压铸铝合金的硬度一直增加，但当金属陶瓷添加量超过6wt％后，扬氏模量好抗拉强度均出现下降，所以金属陶瓷添加量为5wt％-6wt％时，高强度压铸铝合金的力学综合性能达到最佳。
综上所述，该高强度压铸铝合金及其制备方法，该高强度压铸铝合金及其制备方法，La以固溶的形式存在于(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷中，可以减少铝合金元素偏析，且与界面上的杂质元素结合，起到净化晶界的作用；另外，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷可以对铝合金变形过程的位错具有钉扎作用，增强铝合金的强度；还有，(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷因其自身硬度高，与铝合金形成复合材料后，极大地提升铝合金的硬度。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在实施例中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高强度压铸铝合金，其特征在于，所述高强度压铸铝合金由(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷和铝合金熔炼后压铸所得，其中，所述铝合金的各组分的重量百分比为：Zn：8.0wt％-12.0wt％、Mg：4.5wt％-5.5wt％、Cu：3.0wt％-5.0wt％、Si：4.5wt％-5.5wt％、Mn：0.5wt％-1.5wt％、Y：0.3wt％-1.5wt％、余量为Al和不可避免的杂质，所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的用量为高强度压铸铝合金质量的1.0％～10.0％。
2.根据权利要求1所述的高强度压铸铝合金，其特征在于：所述铝合金的各组分的重量百分比为：Zn：10.0wt％、Mg：5.0wt％、Cu：4.0wt％、Si：5.0wt％、Mn：1.0wt％、Y：0.5wt％、余量为Al和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高强度压铸铝合金，其特征在于：所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的用量为高强度压铸铝合金质量的2.0％～8.0％。
4.根据权利要求1所述的高强度压铸铝合金，其特征在于：所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的各组分的重量百分比为：Ti：60wt％-62wt％、La：0.01wt％-0.3wt％、C：5.0wt％-10.0wt％、N：9.0wt％-12.0wt％、Ni：9.0wt％-12.0wt％和Co：9.5wt％-10.5wt％。
5.根据权利要求4所述的高强度压铸铝合金，其特征在于：所述(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的各组分的重量百分比为：Ti：61.8wt％、La：0.2wt％、C：8.0wt％、N：10.0wt％、Ni：10.0wt％和Co：10.0wt％。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的高强度压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
S1、金属陶瓷制备
S11、将TiO2、La2O3、TiC和C混合，并置于滚筒式球磨机干磨4h，得混合粉末，将混合粉末通过150目的筛网后转入到高温石墨碳管炉中，在1800℃下和氮气保护气氛情况下高温碳氮化3h，然后随炉冷却，得碳化粉末；
S12、将步骤11)所得碳化粉末，与质量为碳化粉末质量10％的Co和10％的Ni粘结相进行混合，在滚筒式球磨机中温磨，得混合料粒子，将混合料粒子压成试样条，并将试样条在1450℃下真空烧结1h，得样品；
S13、将步骤12)烧结后所得的样品粉碎，并在球磨机上进行球磨，获得(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末；
S2、熔炼
S21、在熔炼炉中放入铝锭，并升温至720℃-750℃进行熔化，铝锭完全熔化后，加入其它中间合金，待其完全熔化后，加入纯锌锭，去渣扒灰，得到金属熔体；
S22、将步骤S1得到的(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷粉末加入到S21所得的金属熔体中，搅拌保温；
S3、压铸
将S22所得的金属熔体压铸后得高强度压铸铝合金。
7.根据权利要求6所述的高强度压铸铝合金的制备方法，其特征在于：所述TiO2、La2O3、TiC和C按照元素质量分数C为9.5％、N10.5％、Ti79.5％、La0.15％的比例混合。
8.根据权利要求6所述的高强度压铸铝合金的制备方法，其特征在于：所述中间合金包括AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金和AlY合金。
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