CN1255567C - 一种耐热铝合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属间化合物颗粒强化耐热铝合金的制备方法，将可以和铝形成金属间化合物的合金元素熔入到铝熔体中后，用快速凝固的方法将此合金熔体制备成固态合金，对快速凝固得到的固态合金进行挤压塑性变形，然后将塑性变形后的固态合金加热致半固态，进行半固态压力铸造成型，得到金属间化合物颗粒强化的耐热铝合金制品。本发明的优点是：金属间化合物相呈颗粒状或球团状均匀分布在铝基体上，并且体积比可根据强化程度要求，通过调节金属间化合物形成元素的加入量在5%～70%体积比之间大幅度调整，得到的铝合金制品组织致密、具有良好的综合力学性能和耐热性能；该方法工艺简单可行，不用进行烧结，并且制得的铝合金件尺寸和形状精度较高，为近终形成形。

Description

一种耐热铝合金的制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金制备技术领域，具体涉及的是一种耐热铝合金的制备方法。

背景技术

所谓耐热铝合金，是指在高温下有足够的抗氧化性和抗拉、抗蠕变性能的铝合金，由于其具有导热性好、密度低、比性能较高和性价比高等优点，在航空航天上得到广泛应用，成为钛合金的潜在竞争材料，同时在汽车、军工等领域也具有广阔的应用前景。因此，对耐热铝合金及其制备工艺的研究和开发吸引了大量的材料领域工作者。

现有的耐热铝合金制备方法主要有铸造、塑性成形和快速凝固三种。

铸造工艺主要适用于铸造性能好的耐热铝合金，铸造工艺发展较为成熟、成本低，但其应用受到合金铸造工艺性能的限制，因此目前仅限于几种特定耐热铝合金的制备与生产；而且此工艺得到的组织为铸态组织，在铝基体组织和析出相形态的控制方面能力有限，容易造成析出相粗化而影响耐热性能。

塑性变形工艺适用于具有良好的塑性变形能力的耐热铝合金。与铸造工艺相似，塑性变形工艺的应用受到合金塑性成形工艺性能的限制，仅应用于几种特定的具有良好塑性成形工艺性能的耐热铝合金制备和生产；塑性变形工艺制备的合金耐热性能往往不高，一般略低于铸造耐热合金。

伴随着Al-Fe、Al-Cr等系列新型耐热铝合金的研究和开发，快速凝固方法开始用于耐热铝合金的制备。这类铝合金耐热性能投提高的基本方法是：在铝或铝合金中加入过渡族金属元素或镧系元素，以形成大量弥散分布且具有热稳定性的析出相(以金属间化合物为主)，这些合金元素往往在铝液中具有较高的熔解度，固态时几乎不固溶并有较低的扩散系数。采用常规工艺难以得到高体积比的弥散析出相，而快速凝固可以提高这些元素在铝中的极限固溶度，并在合金中形成足够数量的弥散粒子，制备的合金具有较好的耐热性能。因此快速凝固方法近年正逐渐成为学术界和企业界关注的热点。

现有快速凝固方法中最为常用的是快速凝固+粉末冶金成形(RS+PM)技术。其基本工艺路线是将熔入了合金元素的铝合金用快速凝固方法熔体制备成粉体，然后用各种粉末冶金工艺将粉体成形，得到耐热铝合金件，最为常用的是粉体成型工艺是室温下将粉末压制成坯料，然后对坯料进行烧结。此方法存在的问题是成形的零件往往存在一定量的孔隙，致密度和相对密度(即坯料和烧结体的密度相对于致密金属密度的百分数)不高，造成零件的力学性能受到影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有快速凝固+粉末冶金成形(RS+PM)方法存在的上述问题进行改进，提供一种用于制备均匀分布金属间化合物颗粒强化的耐热铝合金材料的新方法。

为达到以上目的，本发明的技术方案如下：

1)常规快速凝固方法制备固态合金，即将能和铝形成金属间化合物的镍元素加入到铝熔体中熔解，得到合金熔体后，用快速凝固的方法将此合金熔体制备成固态合金。

2)对快速凝固得到的固态合金进行挤压塑性变形，挤压塑性变形的变形压力为60～600MPa，变形温度为20～500℃，通过挤压塑性变形使其中的金属间化合物相破碎。

3)将塑性变形后的固态合金加热至半固态，加热温度范围为固相线以上10℃至液相线以下10℃，然后进行半固态压力铸造成型，成型压力为40～400MPa，在此过程中同时实现破碎金属间化合物的颗粒化或球团化以及铝基体的连续化，制得金属间化合物颗粒强化的耐热铝合金制品。

该方法与现有快速凝固+粉末冶金成形(RS+PM)方法相比，不同之处有两点：一是本方法用快速凝固技术制备的固态合金，可以是粉末，也可以不是粉末而是其它形态，如颗粒状、块状等；而快速凝固+粉末冶金成形方法用快速凝固技术都是制备的都是粉末。二是本方法用半固态压力铸造方法成形，不用进行烧结；而常规快速凝固+粉末冶金成形方法要进行烧结。

本发明的优点是：金属间化合物相呈颗粒状或球团状均匀分布在铝基体上，并且体积比可根据强化程度要求，通过调节金属间化合物形成元素的加入量在5％～70％体积比之间大幅度调整，得到的铝合金制品组织致密、具有良好的综合力学性能和耐热性能；该方法工艺简单可行，不用进行烧结，并且制得的铝合金件尺寸和形状精度较高，为近终形成形。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

1)取铝锭800克，镍块200克，在加热炉中熔化，待铝和镍块完全熔解后，精炼；

2)将900℃的熔体浇入气体雾化制粉设备中，用氩气进行快速凝固气体雾化制粉，制得快速凝固的粉体，粒度为12～24目：

3)取粉体65克，放入模具，在室温下用压力机进行挤压，挤压的压力为600MPa，压制成Φ30×30mm的预成型块；

4)将塑性变形后的预成型块在加热炉中封闭加热到700℃，保温1小时，呈半固态，再放入预热致200℃的模具中，用400MPa的压力进行半固态挤压铸造，制成Φ60×6mm的合金材料块。

从挤压铸造得到的铝合金材料块上取样，在光学显微镜下进行显微组织观察，Al₃Ni金属间化合物相呈颗粒状弥散均匀地分布于铝基体中。

实施例2：

1)铝锭800克，镍块200克，在加热炉中熔化，待铝和镍块完全熔解后，精炼；

2)将900℃的熔体浇入气体雾化制粉设备中，用氩气进行快速凝固气体雾化制粉，制得快速凝固的粉体，粒度为12～24目；

3)取粉体70克，在500℃加热20分钟，放入预热致200℃的模具中，用压力机进行挤压，挤压的压力为60MPa，压制成Φ30×30mm的预成型块；

4)将塑性变形后的预成型块在加热炉中封闭加热到750℃，保温45分钟，呈半固态，

再放入预热致300℃的模具中，用40MPa的压力进行半固态挤压铸造，制成Φ60×6mm的合金材料块。

从挤压铸造得到的铝合金材料块上取样，在光学显微镜下进行显微组织观察，Al₃Ni金属间化合物相呈颗粒状弥散均匀地分布于铝基体中。

Claims (2)

1.一种耐热铝合金的制备方法，其特征是制备步骤如下：

1)用常规快速凝固方法制备固态合金，即将能和铝形成金属间化合物的镍元素加入到铝熔体中熔解，得到合金熔体后，用快速凝固的方法将此合金熔体制备成固态合金；

2)对快速凝固得到的固态合金进行挤压塑性变形，挤压塑性变形的变形压力为60～600MPa，变形温度为20～500℃，通过挤压塑性变形使其中的金属间化合物相破碎；

3)将塑性变形后的固态合金加热至半固态，加热温度范围为固相线以上10℃至液相线以下10℃，然后进行半固态压力铸造成型，成型压力为40～400MPa，在此过程中同时实现破碎金属间化合物的颗粒化或球团化以及铝基体的连续化，制得金属间化合物颗粒强化的耐热铝合金制品。

2.一种由权利要求1所述方法制备的铝合金制品。