一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法
【專利摘要】一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，包括高溫灼燒，質(zhì)量配比攪拌,除渣冷卻熱處理；把高強鋁合金的制備原理與電化學腐蝕機理相結(jié)合，成功的實現(xiàn)了對產(chǎn)品組分穩(wěn)定性的控制，制備出了一種可溶解、高強度、抗沖擊性能好、耐高溫高壓、易加工等具有較高熱力學性能，又兼具良好溶解性能的Al基合金材料，提高了該類材料的綜合性能。
【專利說明】一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高強可溶解鋁合金材料的制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 高強可溶解材料屬于生態(tài)環(huán)境材料的一種，是指在材料中加入一些促進其降解的 助劑，或合成本身具有降解功能的材料，在使用和保存期內(nèi)能滿足原來應用性能要求，尤其 是在復雜外界條件下，可以在一定時間內(nèi)承受高溫高壓環(huán)境，又可以在其完成任務后就地 降解，無需回收，這樣就可以大大節(jié)約人力，物力和財力，極大的提高了工程進展速度。
[0003] 可降解有機材料一般來說都很脆，耐高溫性能、抗沖擊性能差，強度低，難以在汽 車零部件、油氣開發(fā)用密封球等對抗沖性要求較高的領(lǐng)域使用。因此，可降解有機材料在這 些領(lǐng)域的開發(fā)和使用受到了嚴重的阻礙。
[0004] 相比于可降解有機材料來說，可溶解無機材料如陶瓷材料具有高力學性能，如高 硬度、高強度、耐摩擦磨損性能等，如果陶瓷材料能做成可降解材料，有望應用于油氣開發(fā) 用密封球等對抗沖擊性能要求較高的領(lǐng)域。然而陶瓷是脆性材料硬度高，難以進行精確尺 寸加工，溶解速度太慢，難以滿足生產(chǎn)需要，且不能水溶解，必須在強酸條件下進行，使用條 件難以滿足。因此，需要尋找其他材料。
[0005] 金屬材料（如，合金）具有典型的更高的機械強度，而該機械強度對于高溫高壓等 極端環(huán)境來說是必須的，因此可溶解金屬材料最有望成為該領(lǐng)域的首選材料。
[0006] 目前，可溶解金屬主要為Mg及Mg合金，通過現(xiàn)代先進的合金熔煉及加工工藝，控 制Mg及Mg合金的腐蝕速度，一段時間內(nèi)既能發(fā)揮其金屬材料的高強度特點完成植入體功 能，又能在人體病變部位自身修復的同時逐漸被人體腐蝕降解，具有廣闊的發(fā)展前景。鎂 基合金在人體生理環(huán)境可腐蝕降解，但是與其它同種類型的可降解材料相比，在一般NaCl 水溶液及水中降解速度相對較慢，不能達到高溫高壓等極端環(huán)境下材料溶解性能的最低要 求。
[0007] 近年來，一類可溶解鋁合金由于對油氣開采需要的高溫、高壓要求相適應受到越 來越多的關(guān)注。但是近幾年中，這類可降解金屬材料大部分都為國外研宄者開發(fā)并申請專 利，他們多采用粉末冶金技術(shù)壓制燒結(jié)成型，該技術(shù)可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分 發(fā)揮各組元材料各自的特性，但使用該工藝首先必須使呈固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的金屬或合金 轉(zhuǎn)變成粉末狀態(tài)，生產(chǎn)過程復雜，并且一些單質(zhì)元素如Mg屬于易燃固體，使用壓制燒結(jié)技 術(shù)時，燒結(jié)溫度不易控制易導致產(chǎn)品組分缺失。如果可以在成功合成制備出符合性能要求 的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進一步簡化生產(chǎn)過程，并實現(xiàn)對產(chǎn)品穩(wěn)定性的控制，那么該材料的研宄及 應用前景將是極為廣闊的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高強可溶解鋁合金材 料的制備方法，把高強鋁合金的制備原理與電化學腐蝕機理相結(jié)合，通過預合成技術(shù)引入 Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn并協(xié)調(diào)各成分之間的作用，保證并提高了材料的均勾性，使用恪融 澆鑄法，成功的實現(xiàn)了對產(chǎn)品組分穩(wěn)定性的控制，制備出了一種可溶解、高強度、抗沖擊性 能好、耐高溫高壓、易加工等具有較高熱力學性能，又兼具良好溶解性能的Al基合金材料， 提高了該類材料的綜合性能。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0010] 一種高強可溶解鋁合金材料的制備，包括下述步驟：
[0011] 步驟一，高溫灼燒
[0012] 將鋁錠放入熔化爐，升溫至710-760 °C，使之熔融成為鋁液；
[0013] 步驟二，質(zhì)量配比攪拌
[0014] 將步驟一所得鋁液按重量百分比依次加入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn，充分攪拌， 材料的組成成分比為：A1含量為60. 0-90. Owt %，Sn含量為8· 0-30. Owt %，Si含量為 0-10. Owt %，Mn 含量為 0· 1-10. Owt %，Mg 含量為 L 0-6. Owt %，Ga 含量為 0· 1-15. Owt %， In含量為〇. 1-2. Owt %，Zn含量為0-8. Owt %，在710-760°C保溫0. 5-2個小時，使之成為 具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；
[0015] 步驟三，除渣冷卻熱處理
[0016] 將步驟二所得熔體加入0. 2-0. 5% wt消泡劑進行除渣，并澆注在預先預熱好的模 具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350°C下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得 高強可溶解鋁合金材料。
[0017] 所述模具為直徑15mm X長30mm的圓柱體。
[0018] 所述消泡劑組成成分為聚醚改性硅。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所制備的高強可溶解鋁合金材料，由基體相和第二相 兩部分組成，基體相主要由固溶了 Mg、Ga等元素的Al合金構(gòu)成；第二相主要為添加劑形成 的Mg2Sn等合金組成。利用Al錠，引入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn經(jīng)低溫恪融工藝，通過 充分攪拌使之形成宏觀均勻基體相的過程中生成第二相，所生成的第二相分布在基體相晶 界，第二相對基體相細化作用明顯，晶粒越細，合金的強度越高，并且晶粒細化對提高溶解 性能也有幫助，使整個合金的溶解速度越來越快，另外本發(fā)明中使用的Ga、In、Zn使合金在 低溫水溶液中的溶解性能有很大的改善。由于該材料成分可調(diào)范圍大、熔融澆鑄溫度低、易 加工、力學性能優(yōu)異、溶解性能好，拓寬了該材料的應用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為760 °C熔融澆鑄產(chǎn)品的物相分析結(jié)果。
[0021] 圖2為760 °C熔融澆鑄產(chǎn)品的表面形貌圖。
[0022] 圖3為高強可溶解鋁合金材料的溶解過程圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0024] 實施例1
[0025] 步驟一，高溫灼燒
[0026] 將鋁錠放入熔化爐，升溫至760 °C，使之熔融成為鋁液；
[0027] 步驟二，質(zhì)量配比攪拌
[0028] 將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al :71.0% ,Sn :12.0%，Si : 2. 0% ,Mn :1. 0%，Mg :4. 0%，Ga :8. 0%，In :0· 5%，Zn :1· 5%，充分攪拌，在 760°C 保溫 0· 5 個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；
[0029] 步驟三，除渣冷卻
[0030] 將步驟二所得熔體加入0. 2% wt消泡劑進行除渣，并澆注在預先預熱好的模具 中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350°C下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得高 強可溶解鋁合金材料。
[0031] 實施例2
[0032] 步驟一，高溫灼燒
[0033] 將鋁錠放入熔化爐，升溫至710°C，使之熔融成為鋁液；
[0034] 步驟二，質(zhì)量配比攪拌
[0035] 將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al :62. 0%，Sn :
[0036] 17. 5%，Si :2. 0% ,Mn :1. 5%，Mg :4. 0%，Ga :11. 0%，In :1. 0%，Zn :1· 0%，充分 攪拌，在710°C保溫2個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；
[0037] 步驟三，除渣冷卻
[0038] 將步驟二所得熔體加入0. 5% Wt消泡劑并進行除渣工藝，并澆注在預先預熱好的 模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350°C下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制 得高強可溶解鋁合金材料。
[0039] 實施例3
[0040] 步驟一，高溫灼燒
[0041] 將鋁錠放入熔化爐，升溫至760°C，使之熔融成為鋁液；
[0042] 步驟二，質(zhì)量配比攪拌
[0043] 將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al :90. 0% ,Sn :8. 0% ,Si : 0· 1% ,Mn :0· 2%，Mg :1. 0%，Ga :0· 1%，In :0· 3% ,Zn :0· 3%，充分攪拌，在 760°C 保溫 0· 5 個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；
[0044] 步驟三，除渣冷卻
[0045] 將步驟二所得熔體加入0. 2% wt消泡劑并進行除渣工藝，并澆注在預先預熱好的 模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350°C下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制 得高強可溶解鋁合金材料。
[0046] 實施例4
[0047] 步驟一，高溫灼燒
[0048] 將鋁錠放入熔化爐，升溫至710°C，使之熔融成為鋁液；
[0049] 步驟二，質(zhì)量配比攪拌
[0050] 將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al :60. 0% ,Sn :18. 0% ,Si : 2. 0% ,Mn :2· 0%，Mg :4· 0%，Ga :11. 0%，In :1. 0% ,Zn :2· 0%，充分攪拌，在 710°C 保溫 2 個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；
[0051] 步驟三，除渣冷卻
[0052] 將步驟二所得熔體加入0. 5% wt消泡劑并進行除渣工藝，并澆注在預先預熱好的 模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350°C下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制 得高強可溶解鋁合金材料。
[0053] 圖1為760°C熔融澆鑄產(chǎn)品的物相分析結(jié)果，表明該材料基體相主要由固溶了 Mg、 Ga等元素的Al合金構(gòu)成；第二相主要為添加劑形成的Mg2Sn等合金組成。圖中，橫坐標為 衍射角，縱坐標為衍射峰強度。
[0054] 圖2為760°C熔融澆鑄產(chǎn)品的表面形貌圖，由圖可以看出，該材料晶粒細小，結(jié)構(gòu) 致密，進一步表現(xiàn)出了該材料的高強度和良好的溶解性能。
[0055] 圖3為高強可溶解鋁合金材料結(jié)合表1的溶解過程圖。
[0056] 表1溶解性能

【權(quán)利要求】
1. 一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，包括下述步驟： 步驟一，高溫灼燒 將鋁錠放入熔化爐，升溫至710-760°C，使之熔融成為鋁液； 步驟二，質(zhì)量配比攪拌 將步驟一所得鋁液按重量百分比依次加入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn，充分攪拌，材料的 組成成分比為：A1含量為60. 0-90. Owt %，Sn含量為8. 0-30. Owt %，Si含量為0-10. Owt %， Mn 含量為 0? l-10.0wt%，Mg 含量為 1.0-6.0wt%，Ga 含量為 0? l-15.0wt%，In 含量為 0. 1-2. Owt %，Zn含量為0-8. Owt %，在710-760°C保溫0. 5-2個小時，使之成為具有宏觀均 勻性質(zhì)的熔體； 步驟三，除渣冷卻 將步驟二所得熔體加入0. 2-0. 5% wt消泡劑進行除渣，并澆注在預先預熱好的模具 中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350°C下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得高 強可溶解鋁合金材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，其特征在于，所述 模具為直徑15mm X長30mm的圓柱體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，其特征在于，所述 消泡劑組成成分為聚醚改性硅。
【文檔編號】C22C21/00GK104480354SQ201410819770
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】朱建鋒, 茍永妮, 趙倩楠, 楊波, 張佩, 王芬, 楊海波 申請人:陜西科技大學