一種鋁合金及其製備方法與流程
2023-12-08 14:50:16 2
本發明屬於鋁合金
技術領域：
，具體涉及一種鋁合金及其製備方法。
背景技術：
：鋁是產量僅次於鋼鐵的第二大類金屬材料，由於性能好，用途廣，需求量大，且回收成本低，被譽為「萬能金屬」。據統計表明：我國124個產業中有113個行業使用鋁製品，產業關聯度高達91％，因而鋁產業是國民經濟持續發展的重要支柱性原材料產業之一。純鋁的密度小，僅為鐵的1/3，熔點低。鋁是面心立方結構，具有很高的塑性，易於加工，可製成各種型材、板材，抗腐蝕性能好；但是純鋁的強度很低，不宜作結構材料。通過長期的生產和科學實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度，成為理想的結構材料，廣泛用於機械製造、運輸機械、動力機械等方面，採用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結構重量可減輕50％以上。但是，傳統鋁合金仍然存在不足之處，其主要成分為鋁、鎂和矽，由於受材料組織結構的限制，加工出來的材料性能較差，在加工的過程中容易出現斷裂、皺紋、疲勞等缺陷，抗壓強度較低，並且耐熱性和抗氧化性較差。技術實現要素：鑑於上述問題，本發明的目的是提供一種鋁合金及其製備方法，以解決傳統鋁合金的組分不合理，導致加工出來的合金材料抗壓強度低、耐熱性以及抗氧化性差。本發明通過以下技術方案解決上述技術問題：一種鋁合金，主要由如下重量份的原料製得：鋁62-80份、矽2-5份、銅1-6份、鐵2-5份、鎂0.1-0.4份、鈷0.2-0.35份、鉺0.15-0.4份、鈰0.3-0.8份、鎢0.2-0.5份、鉬0.1-1.3份、坦0.3-0.8份、鋯0.01-0.08份、釩0.1-0.6份、增強劑0.2-0.8份、表面活性劑0.4-0.9份、成型劑0.1-0.5份、助熔劑0.1-1.2份和抗氧化劑0.2-0.6份。進一步的，所述鋁合金主要由如下重量份的原料製得：矽3-4份、鋁65-75份、銅2-5份、鐵3-4份、鎂0.2-0.3份、鈷0.25-0.32份、鉺0.2-0.3份、鈰0.4-0.7份、鎢0.3-0.4份、鉬0.2-1.1份、坦0.4-0.7份、鋯0.02-0.06份、釩0.2-0.5份、增強劑0.3-0.7份、表面活性劑0.5-0.8份、成型劑0.2-0.4份、助熔劑0.2-1.1份和抗氧化劑0.3-0.5份。進一步的，所述鋁合金主要由如下重量份的原料製得：矽3.5份、鋁70份、銅3份、鐵3.5份、鎂0.25份、鈷0.3份、鉺0.25份、鈰0.5份、鎢0.35份、鉬0.5份、坦0.6份、鋯0.05份、釩0.3份、增強劑0.5份、表面活性劑0.6份、成型劑0.3份、助熔劑0.6份和抗氧化劑0.4份。進一步的，所述增強劑為硼酸鎂晶須。進一步的，所述表面活性劑為油酸、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基丙烯酸十八酯中的一種或兩種以上。進一步的，所述成型劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、硬脂酸、聚醯亞胺或石蠟中的一種或兩種以上。進一步的，所述助熔劑為溴化鋰或氧化鈣。進一步的，所述抗氧化劑為磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成。本發明還提供一種鋁合金的製備方法，該方法包括如下步驟：(1)按上述重量份稱取各原料；(2)將所述鋁、矽、銅、鐵、鎂、鈷、鉺、鈰、鎢、鉬、坦、鋯和釩放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述攪拌球磨機的攪拌速度為40-50rad/min，攪拌65-85min後得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述增強劑、表面活性劑、成型劑、助熔劑和抗氧化劑混合，然後加入15-35份水，在700-800℃下，攪拌2.5-3.5h，得到混合料；(4)將步驟(3)獲得的混合料經真空乾燥後去除團聚體，然後製成目數為40-60目的合金顆粒；(5)將步驟(4)後得到的合金顆粒通過雙螺旋杆擠出機，在熔融溫度為850-900℃中熔融擠出，製成合金毛坯；(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，所述燒結成型的燒結溫度為1200-1300℃，燒結壓力為80-100Mpa，燒結時間為1.5-2.5h，得到所述鋁合金。本發明的部分原料功能如下：硼酸鎂晶須是白色固體粉末，其具有輕量化、高強度、高彈性模量、高硬度、耐高溫、耐腐蝕以及良好的機械強度等優異性能，硼酸鎂晶須的主要用途是作為材料增強體。油酸為無色油狀液體，是一種陰離子表面活性劑，碳鏈長度與硬脂酸相同。壬基酚聚氧乙烯醚是以壬基酚和環氧乙烷在催化劑作用下縮合反應的非離子表面活性劑，具有各種不同的親水親油平衡值，其有良好的滲透、乳化、分散、抗酸、抗鹼、抗硬水、抗還原和抗氧化能力；常溫下，壬基酚為無色或淡黃色液體，略帶苯酚氣味，不溶於水；壬基酚聚氧乙烯醚是壬基酚的衍生物，烷基酚聚氧乙烯醚類化合物，是廣泛使用的非離子表面活性劑的主要代表。甲基丙烯酸十八酯是一種白色固體，無刺激性氣味，溫度不會影響其的吸附平衡時間，溫度升高有利於表面活性劑的吸附。聚乙烯醇為白色片狀、絮狀或粉末狀，是一種用途相當廣泛的水溶性高分子聚合物，性能介於塑料和橡膠之間，具有較強的粘結性，聚乙烯醇成型效果較佳，能增強合金元素之間的吸附性能和抗壓強度。聚乙二醇是一種水溶性聚合物，由環氧乙烷與水或乙二醇逐步加成而製得，分子量200-20000，它完全溶於水，室溫下載乙醇中溶解度很小，並和很多物質相容，聚乙二醇的成型性較好，殘留碳也較少。硬脂酸為白色略帶光澤的蠟狀小片結晶體，具有增塑成型的作用。聚醯亞胺是綜合性能最佳的有機高分子材料之一，耐高溫達400℃以上，具有較佳的粘結性，能增強合金元素之間的吸附性能，促進合金成型。石蠟時一種含有多種烴類的混合物，石蠟作為成型劑無機械雜質，由於分子量低，且為飽和直鏈烴，高溫能完全揮發，無殘留物質，在真空中也易脫除，減少了碳量控制過程的難度，提高了合金碳量的精確度。溴化鋰溴化鋰是白色粉末或粒狀晶體，屬立方晶系，無色透明或淡黃色液體，能夠與礦物中的雜質結合成渣而與金屬分離，以達到熔煉或精煉的目的。氧化鈣是一種無機化合物，俗名生石灰，物理性質是表面白色粉末，不純者為灰白色，含有雜質時呈淡黃色或灰色，具有吸溼性，一般指能降低其物質的軟化、熔化或液化溫度的物質。在冶金學中，氧化鈣能降低其物質的軟化、熔化或液化溫度的物質，與礦物中的雜質結合成渣而與金屬分離，以達到熔煉或精煉的目的，是一種鹼性助熔劑。磷酸為白色固體，大於42℃時為無色粘稠液體，處理金屬表面，在金屬表面生成難溶的磷酸鹽薄膜，以保護金屬免受腐蝕，能夠與金屬離子絡合，鈍化催化氧化作用，可以增強抗氧化劑的作用。二甲基酮肟又稱為丙酮肟，是一種肟類化合物，具有較強的還原性，常溫下為白色片狀結晶，熔點為60～61℃，易溶於水、醇、醚、酮、烴、石油醚等有機溶劑，是以羥胺和羰基化合物以縮合反應而製得的新型鍋爐水除氧劑，有較強的還原性，有似水合氯醛氣味，在空氣中揮發很快，呈中性反應，在稀酸中易水解。能快速降低水中的溶解氧，在金屬鋼材表面形成良好的磁性氧化物保護膜，防止氧腐蝕，並對金屬表面起到緩蝕和鈍化的作用，且具有用量少、無毒、排放無汙染等優點。本發明的鋁合金及其製備方法具有以下優點：1、本發明的鋁合金優化設計了鋁、矽、銅、鐵、鎂、鈷以及釩的加入量，使其各自相互協同作用，提高鋁合金的高溫強度和持久強度。適量的鈰粉以及鉬粉的添加，延緩了鋁合金裂紋的形成和擴展，提高了鋁合金的拉伸的時間和持久伸長率；另外，鉺、鎢、坦和鋯的增加，進一步優化鋁合金的抗氧化性能，維持良好的組織穩定性，降低合金燒結時產生的內應力。所述硼酸鎂晶須具有優良的力學性能，其成型精度高的性能應用在鋁合金中，能使鋁合金材料力學性能顯著提高。採用具有乳化性的油酸、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基丙烯酸十八酯作為表面活性劑，能夠降起到潤滑作用，以降低合金元素的摩擦係數。採用所述氧化鈣或溴化鋰作為助熔劑，能夠與鋁合金原料中的雜質結合成渣而與金屬分離，降低鋁合金元素的熔化溫度，以達到熔煉或精煉鋁鎂合金的目的。採用所述聚乙烯醇、聚乙二醇、硬脂酸、聚醯亞胺或石蠟作為成型劑，使鋁合金元素緊密結合，不易變形，能夠提高鋁合金的抗張強度，並能使鋁合金具備優異的抗剪切強度和抗衝擊強度。鋁在空氣中非常容易被氧化，一般需要在鋁合金的表面另外加一層防氧化電鍍層，本發明採用磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的混合料作為抗氧化劑，所述磷酸能夠增強所述二甲基酮肟的抗氧化性，二者結合使用能使所述鋁合金表面形成一層緻密氧化膜，以增強鎳鉻合金的防腐能力，簡化了生產工藝。綜上，本發明的鋁合金具有較優的機械性能和物理性能，其抗壓強度、耐熱性能以及抗氧化性顯著提高，並且能夠降低合金元素的熔化溫度，進而降低冶煉的時間和冶煉的耗電量。2、本發明的鋁鎂合金生產工藝簡單、易於操作和控制，所使用的原料成本相對較低，可以大規模生產。具體實施方式下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。除特別說明外，本發明的原料的重量份為每份1kg。實施例1一種鋁合金，主要由如下重量份的原料製得：鋁62份、矽2份、銅1份、鐵2份、鎂0.1份、鈷0.2份、鉺0.15份、鈰0.3份、鎢0.2份、鉬0.1份、坦0.3份、鋯0.01份、釩0.1份、硼酸鎂晶須增強劑0.2份、油酸表面活性劑0.4份、聚乙烯醇成型劑0.1份、溴化鋰助熔劑0.1份以及磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑0.2份。本發明實施例還提供一種鋁合金的製備方法，該方法包括如下步驟：(1)按上述重量份稱取各原料；(2)將所述鋁、矽、銅、鐵、鎂、鈷、鉺、鈰、鎢、鉬、坦、鋯和釩放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述攪拌球磨機的攪拌速度為40rad/min，攪拌65min後得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述硼酸鎂晶須、油酸、聚乙烯醇、溴化鋰及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑混合，然後加入15份水，在700℃下，攪拌2.5h，得到混合料；(4)將步驟(3)獲得的混合料經真空乾燥後去除團聚體，然後製成目數為40目的合金顆粒；(5)將步驟(4)後得到的合金顆粒通過雙螺旋杆擠出機，在熔融溫度為850℃中熔融擠出，製成合金毛坯；(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，所述燒結成型的燒結溫度為1200℃，燒結壓力為80Mpa，燒結時間為1.5h，得到所述鋁合金。實施例2一種鋁合金，主要由如下重量份的原料製得：鋁80份、矽5份、銅6份、鐵5份、鎂0.4份、鈷0.35份、鉺0.4份、鈰0.8份、鎢0.5份、鉬1.3份、坦0.8份、鋯0.08份、釩0.6份、硼酸鎂晶須增強劑0.8份、壬基酚聚氧乙烯醚表面活性劑0.9份、聚乙二醇與聚乙烯醇混合組成的成型劑0.5份、氧化鈣助熔劑1.2份以及磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑0.6份。本發明實施例還提供一種鋁合金的製備方法，該方法包括如下步驟：(1)按上述重量份稱取各原料；(2)將所述鋁、矽、銅、鐵、鎂、鈷、鉺、鈰、鎢、鉬、坦、鋯和釩放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述攪拌球磨機的攪拌速度為50rad/min，攪拌85min後得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述硼酸鎂晶須、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇與聚乙烯醇混合組成的成型劑、氧化鈣及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑混合，然後加入35份水，在800℃下，攪拌3.5h，得到混合料；(4)將步驟(3)獲得的混合料經真空乾燥後去除團聚體，然後製成目數為60目的合金顆粒；(5)將步驟(4)後得到的合金顆粒通過雙螺旋杆擠出機，在熔融溫度為900℃中熔融擠出，製成合金毛坯；(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，所述燒結成型的燒結溫度為1300℃，燒結壓力為100Mpa，燒結時間為2.5h，得到所述鋁合金。實施例3一種鋁合金，主要由如下重量份的原料製得：鋁65份、矽3份、銅2份、鐵3份、鎂0.2份、鈷0.25份、鉺0.2份、鈰0.4份、鎢0.3份、鉬0.2份、坦0.4份、鋯0.02份、釩0.2份、硼酸鎂晶須增強劑0.3份、甲基丙烯酸十八酯表面活性劑0.5份、硬脂酸成型劑0.2份、溴化鋰助熔劑0.2份以及磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑0.3份。本發明實施例還提供一種鋁合金的製備方法，該方法包括如下步驟：(1)按上述重量份稱取各原料；(2)將所述鋁、矽、銅、鐵、鎂、鈷、鉺、鈰、鎢、鉬、坦、鋯和釩放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述攪拌球磨機的攪拌速度為40-50rad/min，攪拌65-85min後得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述硼酸鎂晶須、甲基丙烯酸十八酯、硬脂酸、溴化鋰及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑混合，然後加入15份水，在700℃下，攪拌2.5h，得到混合料；(4)將步驟(3)獲得的混合料經真空乾燥後去除團聚體，然後製成目數為40目的合金顆粒；(5)將步驟(4)後得到的合金顆粒通過雙螺旋杆擠出機，在熔融溫度為850℃中熔融擠出，製成合金毛坯；(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，所述燒結成型的燒結溫度為1200℃，燒結壓力為80Mpa，燒結時間為1.5h，得到所述鋁合金。實施例4一種鋁合金，主要由如下重量份的原料製得：鋁75份、矽4份、銅5份、鐵4份、鎂0.3份、鈷0.32份、鉺0.3份、鈰0.7份、鎢0.4份、鉬1.1份、坦0.7份、鋯0.06份、釩0.5份、硼酸鎂晶須增強劑0.7份、壬基酚聚氧乙烯醚表面活性劑0.8份、聚醯亞胺成型劑0.4份、氧化鈣助熔劑1.1份以及磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑0.5份。本發明實施例還提供一種鋁合金的製備方法，該方法包括如下步驟：(1)按上述重量份稱取各原料；(2)將所述鋁、矽、銅、鐵、鎂、鈷、鉺、鈰、鎢、鉬、坦、鋯和釩放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述攪拌球磨機的攪拌速度為40-50rad/min，攪拌65-85min後得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述硼酸鎂晶須、壬基酚聚氧乙烯醚、聚醯亞胺、氧化鈣及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑混合，然後加入35份水，在800℃下，攪拌3.5h，得到混合料；(4)將步驟(3)獲得的混合料經真空乾燥後去除團聚體，然後製成目數為60目的合金顆粒；(5)將步驟(4)後得到的合金顆粒通過雙螺旋杆擠出機，在熔融溫度為900℃中熔融擠出，製成合金毛坯；(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，所述燒結成型的燒結溫度為1300℃，燒結壓力為100Mpa，燒結時間為2.5h，得到所述鋁合金。實施例5一種鋁合金，主要由如下重量份的原料製得：鋁70份、矽3.5份、銅3份、鐵3.5份、鎂0.25份、鈷0.3份、鉺0.25份、鈰0.5份、鎢0.35份、鉬0.5份、坦0.6份、鋯0.05份、釩0.3份、硼酸鎂晶須增強劑0.5份、油酸與甲基丙烯酸十八酯按重量比1:1組成的表面活性劑0.6份、石蠟與硬脂酸混合組成的成型劑0.3份、氧化鈣助熔劑0.6份以及磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑0.4份。本發明實施例還提供一種鋁合金的製備方法，該方法包括如下步驟：(1)按上述重量份稱取各原料；(2)將所述鋁、矽、銅、鐵、鎂、鈷、鉺、鈰、鎢、鉬、坦、鋯和釩放入攪拌球磨機中進行攪拌研磨，所述攪拌球磨機的攪拌速度為40-50rad/min，攪拌65-85min後得到混合料，將所述混合料進行真空中頻感應熔煉、澆注鑄錠、碾碎成納米合金粉；(3)將步驟(2)獲得的納米合金粉與所述硼酸鎂晶須、油酸與甲基丙烯酸十八酯組成的表面活性劑、石蠟與硬脂酸混合組成的成型劑、氧化鈣及由磷酸和二甲基酮肟以重量份比為1:3混合而成的抗氧化劑混合，然後加入25份水，在750℃下，攪拌3h，得到混合料；(4)將步驟(3)獲得的混合料經真空乾燥後去除團聚體，然後製成目數為50目的合金顆粒；(5)將步驟(4)後得到的合金顆粒通過雙螺旋杆擠出機，在熔融溫度為860℃中熔融擠出，製成合金毛坯；(6)將所述合金毛坯放入燒結爐進行燒結成型，所述燒結成型的燒結溫度為1250℃，燒結壓力為90Mpa，燒結時間為2h，得到所述鋁合金。申請人還對本發明鋁合金的性能進行了實驗，實驗數據如下：實驗組1-5為分別採用本發明實施例1-5的鋁合金；對照組採用型號為6061的鋁合金，對實驗組與對照組的鋁合金的性能進行實驗，並將相關數據記錄至表1中。表1屈服強度抗拉強度耐熱溫度硬度抗氧化性實驗組1325MPa344MPa655℃105HB優實驗組2326MPa339MPa660℃100HB優實驗組3325MPa387MPa650℃105HB優實驗組4324MPa356MPa660℃100HB優實驗組5315MPa360MPa650℃100HB優對照組276MPa310MPa500℃95HB一般從表1中可以看出，本發明的鋁合金的力學性能均優於對照組，如採用實驗組3的方法製備出的鋁合金，屈服強度和抗拉強度分別比對照組高49MPa和77MPa；耐熱溫度比對照組高150℃；硬度比對照組高10HB，並且本發明實驗組的鋁合金具有較優的抗氧化性。另外，本發明的鋁合金經實驗測定，每爐冶煉時間縮短了12-17min，直接降低了耗電量，節省了生產成本。說明使用本實施例冶煉製得的鋁合金具有較優的力學性能，其抗壓強度、耐熱性能以及抗氧化性顯著提高，並且採用本發明的助熔劑能夠降低合金元素的熔化溫度，進而降低冶煉的時間和冶煉的耗電量。上述說明是針對本發明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例並非用以限定本發明的專利申請範圍，凡本發明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬於本發明所涵蓋專利範圍。當前第1頁1 2 3