一種高強(qiáng)鋁合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)鋁合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁是一種在地殼中分布廣泛的金屬元素，純鋁具有質(zhì)量輕、密度小、可塑性好等優(yōu) 點(diǎn)，可以進(jìn)行各種機(jī)械加工。但是純鋁的強(qiáng)度低，因此只有通過(guò)合金化才能得到可作為結(jié)構(gòu) 材料使用的各種鋁合金。鋁合金以鋁為基體，可以根據(jù)不同的需要添加銅、硅、鎂、鋅、錳、 鎳、鐵、鈦、鉻或鋰等金屬。鋁合金的密度低，強(qiáng)度和比剛度高，主要用于機(jī)械制造、運(yùn)輸機(jī) 械、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等方面。目前鋁合金已成為繼鋼鐵之后應(yīng)用最廣泛的金屬材料。
[0003] 鋁合金主要分為兩大類:鑄造鋁合金和變形鋁合金，其中變形鋁合金能夠承受壓 力加工，力學(xué)性能高于鑄態(tài)鋁合金，因此在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。變形鋁合金主要用于制 造航空器材、日常生活用品和建筑用門窗等。變形鋁合金中的Al-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金由于 具有強(qiáng)度高、硬度高、密度低和熱加工性能好的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域作為重要的結(jié)構(gòu)材料 并得到廣泛應(yīng)用。
[0004] 常規(guī)Al-Mg-Cu系高強(qiáng)鋁合金的制備過(guò)程比較復(fù)雜，第一步將鋁錠熔化后加入合金 元素，通過(guò)攪拌使其合金化，澆鑄冷凝后得到鋁合金錠;第二步將鋁合金錠車掉氧化物外表 皮，再將該鋁合金錠預(yù)熱后經(jīng)擠壓機(jī)擠出得到鋁合金棒，此時(shí)得到的棒材性能較低，不能直 接使用;第三步將鋁合金棒在一定溫度下進(jìn)行固溶處理;第四步對(duì)棒材在一定溫度下進(jìn)行 時(shí)效處理，使得金屬間化合物沉淀在晶界上從而起到增強(qiáng)效果，最終使得材料獲得理想的 力學(xué)性能。
[0005] 目前美國(guó)采用上述方法，即使是針對(duì)7系高強(qiáng)鋁合金，如所有牌號(hào)鋁合金中強(qiáng)度性 能最高的7075鋁合金，其強(qiáng)度最大值也僅能夠達(dá)到575MPa，硬度最大值能夠達(dá)到150HB。而 且由于我國(guó)的制備技術(shù)及后續(xù)固溶、時(shí)效等熱處理過(guò)程的裝備及控制技術(shù)落后于美國(guó)，導(dǎo) 致國(guó)產(chǎn)相同牌號(hào)鋁合金的微觀組織比較粗大，此外鋁合金中起主要增強(qiáng)作用的MgZn 2等金 屬間化合物析出尺寸較粗大、不均一，從而導(dǎo)致該合金的強(qiáng)度性能不理想，國(guó)產(chǎn)7075鋁合金 的強(qiáng)度只能達(dá)530MPa，硬度達(dá)130HB。較低的強(qiáng)度和硬度很難滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對(duì)高性能鋁 合金材料的不斷需求。
[0006] 因而，如何突破原有技術(shù)的限制，找到一種更好的制備方法以提高高強(qiáng)鋁合金的 性能，是鋁合金材料的重要發(fā)展方向，也是本領(lǐng)域前沿學(xué)者一直致力研究的主要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種高強(qiáng)鋁合金的制備方法，尤其 是針對(duì)Al-Mg-Cu系鋁合金的制備方法，本發(fā)明提供的制備方法，能夠使得高性能鋁合金具 有更好的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
[0008] 本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)鋁合金的制備方法，包括以下步驟，
[0009] a)將94~98重量份的錯(cuò)粉、1~3重量份的銅粉和1~3重量份的鎂粉進(jìn)行高能球磨 后，得到混合粉末；
[0010] b)將所述混合粉末經(jīng)過(guò)等靜壓成型后，得到預(yù)制坯；
[0011 ] C)將步驟b)得到的預(yù)制還預(yù)熱后，再進(jìn)行熱擠壓，得到錯(cuò)合金。
[0012]優(yōu)選的，所述混合粉末的粒度為小于等于
[0013] 所述鎂粉的粒度小于等于200目；所述銅粉的粒度小于等于200目；所述鋁粉的粒 度小于等于380目。
[0014] 優(yōu)選的，所述高能球磨的時(shí)間為20~50h;所述高能球磨的球料比為(7~12): 1。 [0015]優(yōu)選的，所述步驟a)具體為，
[0016] 將防鍛劑、94~98重量份的錯(cuò)粉、1~3重量份的銅粉和1~3重量份的鎂粉進(jìn)行高 能球磨后，得到混合粉末；
[0017] 所述防鍛劑為無(wú)水乙醇、丙酮、正己烷、聚乙二醇和煤油中的一種或多種。
[0018] 優(yōu)選的，所述等靜壓成型為冷等靜壓成型。
[0019] 優(yōu)選的，所述等靜壓成型的壓力為100~300MPa;所述等靜壓成型的時(shí)間為0.5~ 10min〇
[0020] 優(yōu)選的，所述預(yù)熱的溫度為420~460°C;所述預(yù)熱的時(shí)間為30~120min。
[00211優(yōu)選的，所述熱擠壓的溫度為400~450°C;所述熱擠壓的壓力為1200~2000T。
[0022] 優(yōu)選的，所述熱擠壓的擠壓比為(4~72):1;所述熱擠壓的擠壓速度為0.5~5mm/ So
[0023] 本發(fā)明提供了一種如上述任意一項(xiàng)技術(shù)方案所制備的高強(qiáng)鋁合金，包括：
[0024] 鎂 1~3重量份；
[0025] 銅 1~3重量份；
[0026] 鋁 94~98重量份。
[0027]本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)鋁合金的制備方法，包括以下步驟，首先將94~98重量份 的鋁粉、1~3重量份的銅粉和1~3重量份的鎂粉進(jìn)行高能球磨后，得到混合粉末;再將所述 混合粉末經(jīng)過(guò)等靜壓成型后，得到預(yù)制坯;最后將上述步驟得到的預(yù)制坯預(yù)熱后，再進(jìn)行熱 擠壓，得到鋁合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用高能量干式球磨過(guò)程，在高能量磨球介質(zhì) 的碰撞作用下，使特定組分的粉末之間發(fā)生反復(fù)的冷焊和斷裂，形成細(xì)化的復(fù)合顆粒，發(fā)生 固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)，使得微量的合金元素的原子進(jìn)入金屬鋁的晶格得到了細(xì)小均勻的鋁合金固 溶體復(fù)合粉末;再利用等靜壓對(duì)粉體進(jìn)行加壓成型，獲得均勻的坯體;然后進(jìn)行預(yù)熱，將包 裹在顆粒表面的氣體釋放出去，重新暴露高活性表面;最后通過(guò)熱擠壓過(guò)程將坯體中的具 有高活性表面的粉體顆粒快速燒結(jié)成型，使顆粒間實(shí)現(xiàn)有效鍵合，制得的鋁合金的微觀組 織細(xì)小均勻，最終實(shí)現(xiàn)了合金強(qiáng)度和硬度的提高;更重要的是本發(fā)明全程可在空氣氣氛下 進(jìn)行。本發(fā)明提供的制備方法具有擠壓時(shí)同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)，無(wú)需單獨(dú)的燒結(jié)過(guò)程以及后 續(xù)的固溶、時(shí)效等熱處理過(guò)程即可實(shí)現(xiàn)高性能的特點(diǎn)，同時(shí)具有工藝簡(jiǎn)捷、操作方便、步驟 少等優(yōu)點(diǎn)，適合于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的鋁合金棒材，其相對(duì) 密度能夠達(dá)到99.98%，拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到62010^，硬度能夠達(dá)到161耶。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋁合金的掃描電鏡照片；
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋁合金的合金元素 Cu的面掃描圖譜；
[0030] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋁合金的合金元素 Mg的面掃描圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0032] 本發(fā)明所有原料，對(duì)其來(lái)源沒(méi)有特別限制，在市場(chǎng)上購(gòu)買的或按照本領(lǐng)域技術(shù)人 員熟知的常規(guī)方法制備的即可。
[0033] 本發(fā)明所有原料，對(duì)其純度沒(méi)有特別限制，本發(fā)明優(yōu)選采用分析純。
[0034]本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)鋁合金的制備方法，包括以下步驟，
[0035] a)將94~98重量份的錯(cuò)粉、1~3重量份的銅粉和1~3重量份的鎂粉進(jìn)行高能球磨 后，得到混合粉末；
[0036] b)將所述混合粉末經(jīng)過(guò)等靜壓成型后，得到預(yù)制坯；
[0037] c)將步驟b)得到的預(yù)制坯預(yù)熱后，再進(jìn)行熱擠壓，得到鋁合金。
[0038]本發(fā)明首先將94~98重量份的錯(cuò)粉、1~3重量份的銅粉和1~3重量份的鎂粉進(jìn)行 高能球磨后，得到混合粉末。所述鋁粉的重量份優(yōu)選為94~98，更優(yōu)選為94.5~97.5，更優(yōu) 選為95~97，最優(yōu)選為95.5~96.5;所述銅粉的重量份優(yōu)選為1~3，更優(yōu)選為1.25~3.75， 更優(yōu)選為1.5~3.5，最優(yōu)選為1.75~3.25;所述鎂粉的重量份優(yōu)選為1~3，更優(yōu)選為1.25~ 3 · 75，更優(yōu)選為1 · 5~3 · 5，最優(yōu)選為1 · 75~3 · 25。
[0039] 本發(fā)明對(duì)所述鋁粉沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于制備鋁合金材料 的鋁粉即可。本發(fā)明對(duì)所述鋁粉的粒度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于細(xì)磨 前的鋁粉的粒度即可，本發(fā)明優(yōu)選為小于等于380目，更優(yōu)選為小于等于450目，最優(yōu)選為 550~800目。本發(fā)明對(duì)所述銅粉的粒度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于細(xì)磨 前的銅粉的粒度即可，本發(fā)明優(yōu)選為小于等于200目，更優(yōu)選為小于等于300目，最優(yōu)選為 400~625目。本發(fā)明對(duì)所述鎂粉的粒度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于細(xì)磨 前的鎂粉的粒度即可，本發(fā)明優(yōu)選為小于等于200目，更優(yōu)選為小于等于300目，最優(yōu)選為 400~625目。本發(fā)明對(duì)所述混合粉末的粒度沒(méi)有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的高能 球磨的粒度即可，本發(fā)明為保證后續(xù)過(guò)程的效果和產(chǎn)品性能，所述混合粉末的粒度優(yōu)選為 小于等于lwn，更優(yōu)選為400~800nm，最