CN116287876A - 一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116287876A CN116287876A CN202310187990.3A CN202310187990A CN116287876A CN 116287876 A CN116287876 A CN 116287876A CN 202310187990 A CN202310187990 A CN 202310187990A CN 116287876 A CN116287876 A CN 116287876A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- aluminum
- alloy material
- performance
- treatment
- 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
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- -1 aluminum rare earth Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 21
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 21
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
本发明涉及一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法，通过向铝合金高温熔体中引入氮元素和硼，极大地提高了铝合金性能，特别是弹性模量提高了三倍多，另外还获得了高的强度和延伸率，可以免热处理用于铸造。引入的氮元素弥散在铝合金的晶界处，起到晶界强化、阻止晶粒长大、细化晶粒等多重作用，另外还使铝合金获得优异的防腐、抗菌和防霉的性能。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金具有密度小。比刚度、比强度高、导热导电性能良好、塑性好、膨胀系数小等在很多领域应用广泛。但是铝合金存在硬度低，耐磨性差，摩擦系数等缺点。决定材料的性能的因素有很多，而金属材料的性能主要受组织结构的影响。 铝合金有重量轻，易加工成型，优越的经济型而受到广泛应用，铝本身具有延伸率较高的特性，因要满足压铸工艺，同时需具备脱模性，流动性，并且各项机械性能都要达标，目前主流的压铸铝合金都需通过热处理来将延伸率提高到10%以上。热处理的目的是提高铝合金的强度、硬度和耐腐蚀性能。
铝合金热处理技术就是选用某一热处理规范，在热处理铝合金产品时控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定速度冷却，改变其合金的结构组织的一种技术。具体过程和机理包括退火、淬火和时效处理等，其中退火是将铸件内应力去除，促使Al-Si系合金的部分硅晶体球状化，从而有效改善合金的塑性。淬火是固溶处理与急冷处理，目的是使强化相得到固定。固溶处理能够使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并且使合金的韧性和抗腐蚀性能得到提高。时效处理又分为自然时效和人工时效，是指使材料在室温活较高温度下存放较长时间的工艺，一般来说经过时效处理后，铝合金的硬度和强度都有所增加，但是塑性、韧性和内应力降低。
铝合金压铸件并不适应热处理，在热处理过程中由于应力释放、自重和淬火等容易使铸件变形、起泡等质量风险，也不具经济性和国家倡导节能减排的宗旨。
另外随着特斯拉而兴起的大型一体化压铸技术已成为行业最热门的发展趋势之一,而一体化压铸工艺的推广应用,需 要设备、模具、工艺、材料等与之相配套。由于一体化压铸件 的投影面积大,热处理极易引起零部件的尺寸变形及表面缺陷, 对于大型一体化零部件来说,需承担巨大的成本风险。所以, 一体化压铸件倾向于使用免热处理的铝合金材料。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术中的问题，公布了一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法。一种免热处理的铝合金材料其特征在于包括铝氮锆钛硼和铼铈锶，所述各组所占质量百分比分别为：锆7-12%，氮0.001-1.2%，钛0.3-0.7%，硼0.0001-0.2%，铼、铈、锶0.0001-0.2%，其余为铝和不可避免的杂质；其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.15%。本发明的另一个目的是提供一种制备上述免热处理高性能铝合金材料的制备方法。包括下述制备步骤：采用99.7%及以上的原铝A00进行升温熔化，熔化温度为650℃-720℃，A00熔化完后按7-12%的百分比添加锆，并升温进行熔化，熔化温度为730℃-800℃，锆融化后向熔体中引入氮化铝细粉，氮元素的引入然后后按0.0001-0.2%的百分比添加硼，按0.4-0.7%的百分比添加钛，待其熔化，得到铝、氮、锆、钛、硼融化物，调整所述铝合金溶液为690℃-720℃，按铼、铈、锶0.0001-0.2%的百分比添入稀土铝中间合金，加热模具得到铝合金铸锭或铸件。由于氮元素的引入和混合稀土效益，本发明公布的铝合金材料具有极高的弹性模量，达到260GPa，抗拉强度≥260MP，屈服强度≥120MPa，延伸率≥10%，硬度≥65HBW。还具有优异的防腐，抗菌和防霉等抗微生物的性能，抗菌机理是微量氮的析出形成氨气后抗菌，由于性能优异可以免于热处理。
具体实施方法
实施例1
本实施例中提供了铝合金A1，化学成分按照重量百分比为：锆7.0%，氮0.001%,硼0.0001%，钛0.4%，铼、铈、锶均为0.02%，其余为铝和不可避免的杂质；其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.15%，余量为Al。铝合金的制备方法：采用99.7%及以上的原铝A00进行升温熔化，熔化温度为650℃，A00熔化完后按7%的百分比的锆，并升温进行熔化，熔化温度为730℃，锆融化后向熔体中加入氮化铝的方式引入0.001%的氮，然后按0.0001%的百分比添加硼，按0.4%的百分比添加钛。待其熔化，得到铝、锆、氮、硼、钛融化物，调整所述铝合金溶液为690℃，按铼、铈、锶0.0001%的百分比添入稀土铝中间合金，制得的铝合金A1的铝合金锭，送到压铸机边炉熔化，并进行压铸生产，其中压铸工艺参数为：浇铸温度700℃、模具预热温度260℃、铸造增压压力300MPa、压射速度4m/s。本实例所得压铸样件为薄壁铸件（厚度3mm)，经测量室温弹性模量为120GPa,抗拉强度为272MPa，屈服强度为129MPa，延伸率为11%，硬度67HBW。
实施例2
本实施例中提供了铝合金A2，化学成分按照重量百分比为：锆9.6%，氮0.1%,硼0.1%，钛0.5%，铼、铈、锶均为0.1%，其余为铝和不可避免的杂质；其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.15%，余量为Al。铝合金的制备方法：采用99.7%及以上的原铝A00进行升温熔化，熔化温度为650℃，A00熔化完后按9.6%的百分比添加锆，并升温进行熔化，熔化温度为730℃，锆融化后向熔体中引入0.1%氮元素，方法是向高温熔体中加氮化铝的方式引入0.1%的氮，然后后按0.1%的百分比添加硼，按0.5%的百分比添加钛。待其熔化，得到铝、锆、氮、硼、钛融化物，调整所述铝合金溶液为700℃，按铼、铈、锶0.1%的百分比添入稀土铝中间合金，制得的铝合金A2的铝合金锭，送到压铸机边炉熔化，并进行压铸生产，其中压铸工艺参数为：浇铸温度700℃、模具预热温度260℃、铸造增压压力300MPa、压射速度4m/s。本实例所得压铸样件为薄壁铸件（厚度3mm)，经测量室温弹性模量为180GPa,经测量室温抗拉强度为281MPa，屈服强度为220MPa，延伸率为 13%,硬度68HBW。
实施例3
本实施例中提供了铝合金A3，化学成分按照重量百分比为：锆12.0%，氮1.2%,硼0.2%，钛0.7%，铼、铈、锶均为0.02%，其余为铝和不可避免的杂质；其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.15%，余量为Al。铝合金的制备方法：采用99.7%及以上的原铝A00进行升温熔化，熔化温度为650℃，A00熔化完后按12.0%的百分比添加锆，并升温进行熔化，熔化温度为730℃，锆融化后向熔体中引入1.2%氮元素，具体是向高温熔体中加入氮化铝粉，然后后按0.2%的百分比添加硼，按0.7%的百分比添加钛。待其熔化，得到铝、锆、氮、硼、钛融化物，调整所述铝合金溶液为690℃，按铼、铈、锶0.2%的百分比添入稀土铝中间合金，制得的铝合金A3铝合金锭，送到压铸机边炉熔化，并进行压铸生产，其中压铸工艺参数为：浇铸温度700℃、模具预热温度260℃、铸造增压压力300MPa、压射速度4m/s。本实例所得压铸样件为薄壁铸件（厚度3mm)，经测量室温弹性模量为260GPa,抗拉强度为289MPa，屈服强度为139MPa，延伸率为 11.5%，硬度71HBW。
Claims (5)
1.一种免热处理高性能铝合金材料其特征在于其组分包括铝锆钛硼和铼铈锶外还含有氮元素，所述各组所占质量百分比分别为：锆7-12%，氮0.001-1.2%，钛0.3-0.7%，硼0.0001-0.2%，铼、铈、锶0.0001-0.2%，其余为铝和不可避免的杂质，其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.15%。
2.一种免热处理高性能铝合金材料的制备方法其特征包括下述步骤:采用99.7%及以上的原铝A00进行升温熔化，熔化温度为650℃-720℃，A00熔化完后按7-12%的百分比添加锆，并升温进行熔化，熔化温度为730℃-800℃，锆融化后向熔体中引入氮元素，然后按0.0001-0.2%的百分比添加硼，按0.4-0.7%的百分比添加钛。待其熔化，得到铝、锆、氮、钛、硼融化物，调整所述铝合金溶液为690℃-720℃，按铼、铈、锶0.0001-0.2%的百分比添入铝稀土中间合金，加热模具得到铝合金铸锭或铸件。
3.按照权利要求2，一种免热处理高性能铝合金材料的制备方法，所述引入氮元素的方式可以是向高温熔体中加入氮化铝细粉。
4.按照权利要求2，一种免热处理高性能铝合金材料的制备方法，所制备得到的铝合金材料具备可达260GPa的弹性模量，抗拉强度≥260MP，屈服强度≥120MPa，延伸率≥10%，硬度≥65HBW等高性能，可用于免热处理铸造。
5.按照权利要求2，一种免热处理高性能铝合金材料的制备方法，所制备得到的铝合金材料具备抗腐蚀、抗菌防霉的性能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310187990.3A CN116287876A (zh) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310187990.3A CN116287876A (zh) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116287876A true CN116287876A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=86820015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310187990.3A Pending CN116287876A (zh) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116287876A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118326211A (zh) * | 2024-04-16 | 2024-07-12 | 湖北鑫必胜建设工程有限公司 | 一种压铸铝合金构件及其处理工艺 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE34262E (en) * | 1988-05-06 | 1993-05-25 | Inco Alloys International, Inc. | High modulus Al alloys |
| CN101148721A (zh) * | 2006-09-22 | 2008-03-26 | 比亚迪股份有限公司 | 一种铝基复合材料及其制备方法 |
| CN102424924A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-04-25 | 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 | 添加WN2和LiBH4粉末的高强度铝合金及其制备方法 |
| CN102660693A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-09-12 | 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 | 采用TiN及BeH2粉末处理的铝合金及其制备方法 |
| CN105936987A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-14 | 山东建筑大学 | 一种氮化铝-碳纳米管颗粒增强铝基合金材料的制备方法 |
| CN112725662A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 烟台慧博特产业研究院有限公司 | 一种强度高、耐热铸造铝合金材料及其制备方法 |
-
2023
- 2023-03-02 CN CN202310187990.3A patent/CN116287876A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE34262E (en) * | 1988-05-06 | 1993-05-25 | Inco Alloys International, Inc. | High modulus Al alloys |
| CN101148721A (zh) * | 2006-09-22 | 2008-03-26 | 比亚迪股份有限公司 | 一种铝基复合材料及其制备方法 |
| CN102424924A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-04-25 | 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 | 添加WN2和LiBH4粉末的高强度铝合金及其制备方法 |
| CN102660693A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-09-12 | 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 | 采用TiN及BeH2粉末处理的铝合金及其制备方法 |
| CN105936987A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-09-14 | 山东建筑大学 | 一种氮化铝-碳纳米管颗粒增强铝基合金材料的制备方法 |
| CN112725662A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 烟台慧博特产业研究院有限公司 | 一种强度高、耐热铸造铝合金材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张世宏: "《气相沉积技术原理及应用》", 31 December 2020, 冶金工业出版社, pages: 124 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118326211A (zh) * | 2024-04-16 | 2024-07-12 | 湖北鑫必胜建设工程有限公司 | 一种压铸铝合金构件及其处理工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108425050B (zh) | 一种高强高韧铝锂合金及其制备方法 | |
| CN103667825B (zh) | 一种超高强高韧耐蚀铝合金及其制造方法 | |
| CN110819873B (zh) | 一种添加纳米氧化钇的高Nb-TiAl合金及其制备方法 | |
| CN110952005B (zh) | 一种快速挤压高性能变形铝合金及其制备方法 | |
| CN109778027A (zh) | 一种高强度a356合金及其制备方法 | |
| CN105908034A (zh) | 一种铝合金圆棒及其制造方法 | |
| CN101532105A (zh) | 稀土镁合金及其制备方法 | |
| CN110669967A (zh) | 一种快速挤压高强度变形铝合金及其制备方法 | |
| CN111101038A (zh) | 一种多元耐热铝合金及其制备方法 | |
| CN110592503B (zh) | 一种Al-6Si-3.5Cu型铸造铝合金的强韧化热处理工艺方法 | |
| CN116287876A (zh) | 一种免热处理高性能铝合金材料及其制备方法 | |
| CN110093524B (zh) | 一种高硅铝合金用变质剂及其使用方法 | |
| CN111519057A (zh) | 一种提高制备铝合金的模具寿命的方法 | |
| CN113308653B (zh) | 一种基于喷射成形的铝锂合金热处理制备方法 | |
| CN110564996B (zh) | 一种高强度镁合金材料及其制备方法 | |
| CN108588524B (zh) | 一种金属型重力铸造镁合金材料及其制备方法 | |
| CN116676521A (zh) | 一种具有非均匀晶粒异质结构CrCoNi基中熵合金及其制备方法 | |
| WO2020052129A1 (zh) | 一种高延展性高强度的稀土铝合金材料及其制备方法 | |
| CN113005347B (zh) | 一种高塑性Mg-Al-Ca镁合金及其制备方法 | |
| CN114686735A (zh) | 一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法 | |
| CN111155001B (zh) | 一种高强度高延伸率铝合金及其生产方法 | |
| CN110629081B (zh) | 新型耐热高强度高塑性耐腐蚀Al-Cu-Mg-Zn-Ti系铝合金及其制备方法 | |
| CN110229980B (zh) | 一种铝合金固定夹及其生产工艺 | |
| CN116024463A (zh) | 一种高硬低摩擦系数铝合金材料及其制备方法 | |
| CN108070755B (zh) | 一种含钐和钇的耐腐蚀压铸铝合金的制备方法 |
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 |