一种高强轻质铝锂合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高性能金属结构材料技术领域，具体涉及一种高强轻质铝锂合金材 料，还涉及该材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 铝合金是工业中应用最广发的一类有色金属结构材料，由于铝合金密度低、但强 度比较高，接近或者查过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导热性、导电性和 抗腐蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已经大量应用。
[0003] 近年来，由于科学技术和工业经济的飞速发展，对传统结构材料提出了更高的要 求，不仅要求其抗拉强度锆，还需要考虑其制造成本和使用成本，在铝合金中添加锂元素已 经引起越来越多的关注。Langan和Pickens等人发现：当锂元素的加入量超过合金总量的 1.3%时，合金的屈服强度和抗拉强度都会下降。也有研究指出，在Al-Li-Cu合金中加入Zr、 Ag，Mg，及稀土元素都可以使得合金表现出强度和韧性的优异结合。但是提高合金中锂元素 含量影响合金的室温塑性。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种韧性好的高强轻质铝锂合金材料。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高强轻质铝锂合金材 料，该铝锂合金材料由如下重量百分比的组分组成：锂3. 6-4. 2wt%、铜0. 8-1. 6wt%、镁 2. 8-3. 8wt%、银 0· 5-1. 2wt%、锆 0· 08-0. 2wt%、锌 0· 2-0. 28wt%、锰 0· 1-0. 2wt%、预先处理的 碳纤维7. 2-10. 2wt%、余量为铝； 预先处理的碳纤维的处理具体为：碳纤维束在病丙酮中72-78Γ抽提4-6h，在超临 界丙酮-水体系中于350-360 °C浸泡25-35min，冷却至28-32 °C，干燥后将碳纤维剪成 2. 4-2. 6mm的短碳纤维，将短碳纤维至于浓度为28%的硫酸溶液中煮沸20-30min，过滤，用 蒸馏水冲洗后至于质量浓度为15%的氢氧化钠溶液中4-8min，再次过滤，蒸馏水冲洗，在丙 酮溶液中72-78°C抽提4-6h，然后在70-90°C的烘箱中烘干。
[0006] 进一步地，该铝锂合金材料由如下重量百分比的组分组成：锂3. 8-4. Owt%、 铜 1. 2-1. 5wt%、镁 3. 2-3. 6wt%、银 0· 7-1. Owt%、锆 0· 14-0. 17wt%、锌 0· 23-0. 25wt%、锰 0. 13-0. 16wt%、预先处理的碳纤维8. 0-9. 2wt%、余量为铝。
[0007] 进一步地，该错锂合金材料由如下重量百分比的组分组成：锂3. 9wt%、铜I. 4wt%、 儀3. 5wt%、银0· 9wt%、错0· 16wt%、锌0· 24wt%、猛0· 15wt%、预先处理的碳纤维8. 8wt%、余量 为铝。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一种高强轻质铝锂合金材料的制备方法，包括如下 步骤： (1)按照上述的比例的金属材料，在惰性气体保护下，熔炼，熔炼温度为300_320°C，时 间为 25-30min ; (2) 熔炼后的金属材料中加入预先处理的碳纤维，搅拌均匀； (3) 在真空度为0.001?&-0.005?&，压强为30-1001〇^的条件下烧结，烧结时，以每分钟 10-20°C的速率升温至490-5KTC，保温12-16h，再以5-10°C的速率升温至530-550°C，保温 5_8h，最后以5-10°C的速率升温至590-6KTC，空冷。
[0009] 进一步地，所述的步骤（1)中的惰性气体为氩气。
[0010] 本发明的有益效果： (1) 本发明的铝锂合金，具有高强、轻质、高韧性的特点，克服了传统的铝锂合金低塑性 的缺点； (2) 本发明的铝锂合金提高了合金材料的低各异性，并且降低了生产成本。
【具体实施方式】
[0011] 实施例1
[0012] 一种高强轻质铝锂合金材料，该铝锂合金材料由如下重量百分比的组分组成：锂 3. 6wt %、铜 0· 8wt %、儀 2. 8wt %、银 0· 5wt %、错 0· 08wt %、锌 0· 2wt %、猛 0· Iwt %、预先处 理的碳纤维7. 2wt %、余量为铝。
[0013] 制备方法： (1) 碳纤维束在病丙酮中72°C抽提4h，在超临界丙酮-水体系中于350°C浸泡25min， 冷却至28°C，干燥后将碳纤维剪成2. 4mm的短碳纤维，将短碳纤维至于浓度为28%的硫酸溶 液中煮沸20min，过滤，用蒸馏水冲洗后至于质量浓度为15%的氢氧化钠溶液中4min，再次 过滤，蒸馏水冲洗，在丙酮溶液中72°C抽提4h，然后在70°C的烘箱中烘干； (2) 按照上述的比例的金属材料，在氩气保护下，熔炼，熔炼温度为300°C，时间为 25min ； (3) 熔炼后的金属材料中加入预先处理的碳纤维，搅拌均匀； (4) 在真空度为0.0 OlPaPa，压强为30MPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟10°C的速 率升温至490°C，保温12h，再以5°C的速率升温至530°C，保温5h，最后以5°C的速率升温至 590 °C，空冷。
[0014] 实施例2 一种高强轻质铝锂合金材料，该铝锂合金材料由如下重量百分比的组分组成：锂 4. 2wt%、铜 I. 6wt%、儀 3. 8wt%、银 I. 2wt%、错 0· 2wt%、锌 0· 28wt%、猛 0· 2wt%、预先处理的碳 纤维10. 2wt%、余量为铝。
[0015] 制备方法： (1) 碳纤维束在病丙酮中78°C抽提6h，在超临界丙酮-水体系中于360°C浸泡35min， 冷却至32°C，干燥后将碳纤维剪成2. 6mm的短碳纤维，将短碳纤维至于浓度为28%的硫酸溶 液中煮沸20-30min，过滤，用蒸馏水冲洗后至于质量浓度为15%的氢氧化钠溶液中8min，再 次过滤，蒸馏水冲洗，在丙酮溶液中78°C抽提6h，然后在90°C的烘箱中烘干； (2) 按照上述的比例的金属材料，在氩气保护下，熔炼，熔炼温度为320°C，时间为 30min ； (3) 熔炼后的金属材料中加入预先处理的碳纤维，搅拌均匀； (4) 在真空度为0. 005Pa，压强为IOOMPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟20°C的速率 升温至510°C，保温16h，再以10°C的速率升温至550°C，保温8h，最后以10°C的速率升温至 610°C，空冷。
[0016] 实施例3 一种高强轻质铝锂合金材料，该铝锂合金材料由如下重量百分比的组分组成：锂 3. 8wt%、铜 I. 2wt%、镁 3. 2wt%、银 0· 7wt%、锆 0· 14wt%、锌 0· 23wt%、锰 0· 13wt%、预先处理的 碳纤维8. Owt%、余量为铝。
[0017] 制备方法： (1) 碳纤维束在病丙酮中75°C抽提5h，在超临界丙酮-水体系中于355°C浸泡30min， 冷却至30°C，干燥后将碳纤维剪成2. 5mm的短碳纤维，将短碳纤维至于浓度为28%的硫酸溶 液中煮沸25min，过滤，用蒸馏水冲洗后至于质量浓度为15%的氢氧化钠溶液中6min，再次 过滤，蒸馏水冲洗，在丙酮溶液中75°C抽提5h，然后在80°C的烘箱中烘干； (2) 按照上述的比例的金属材料，在氩气保护下，熔炼，熔炼温度为310°C，时间为 28min ； (3) 熔炼后的金属材料中加入预先处理的碳纤维，搅拌均匀； (4) 在真空度为0. 003Pa，压强为65MPa的条件下烧结，烧结时，以每分钟15°C的速率 升温至500°C，保温14h，再以8°C的速率升温至540°C，保温6h，最后以8°C的速率升温至 600 °C，空冷。
[0018] 实施例4 裡 4. Owt%、铜 I. 5wt%、儀 3. 6wt%、银 1.0 wt%、错 0· 17wt%、锌 0· 25wt%、猛 0· 16wt%、预先 处理的碳纤维9. 2wt%、余量为铝。
[0019] 实施例5 裡 3. 9wt%、铜 I. 4wt%、儀 3. 5wt%、银 0· 9wt%、错 0· 16wt%、锌 0· 24wt%、猛 0· 15wt%、预先 处理的碳纤维8. 8wt%、余量为铝。
[0020] 性能测试表
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员 应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明 的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和 改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效 物界定。
【主权项】
1. 一种高强轻质铝锂合金材料，其特征在于：该铝锂合金材料由如下重量百分比的组 分组成：锂 3. 6-4. 2wt%、铜 0? 8-1. 6wt%、镁 2. 8-3. 8wt%、银 0? 5-1. 2wt%、锆 0? 08-0. 2wt%、锌 0? 2-0. 28wt%、锰0? 1-0. 2wt%、预先处理的碳纤维7. 2-10. 2wt%、余量为铝； 预先处理的碳纤维的处理具体为：碳纤维束在病丙酮中72-78°C抽提4-6h，在超临 界丙酮-水体系中于350-360 °C浸泡25-35min，冷却至28-32 °C，干燥后将碳纤维剪成 2. 4-2. 6mm的短碳纤维，将短碳纤维至于浓度为28%的硫酸溶液中煮沸20-30min，过滤，用 蒸馏水冲洗后至于质量浓度为15%的氢氧化钠溶液中4-8min，再次过滤，蒸馏水冲洗，在丙 酮溶液中72-78°C抽提4-6h，然后在70-90°C的烘箱中烘干。2. 根据权利要求1所述的一种高强轻质铝锂合金材料，其特征在于：该铝锂合金 材料由如下重量百分比的组分组成：锂3. 8-4.Owt%、铜I. 2-1. 5wt%、镁3. 2-3. 6wt%、银 0? 7-1.Owt%、锆 0? 14-0. 17wt%、锌 0? 23-0. 25wt%、锰 0? 13-0. 16wt%、预先处理的碳纤维 8. 0-9. 2wt%、余量为铝。3. 根据权利要求1所述的一种高强轻质铝锂合金材料，其特征在于：该铝锂合金材料 由如下重量百分比的组分组成：锂3. 9wt%、铜I. 4wt%、镁3. 5wt%、银0. 9wt%、锆0. 16wt%、锌 0. 24wt%、猛0. 15wt%、预先处理的碳纤维8. 8wt%、余量为错。4. 一种实现权利要求1所述的高强轻质铝锂合金材料的制备方法，其特征在于：包 括如下步骤： (1) 按照上述的比例的金属材料，在惰性气体保护下，熔炼，熔炼温度为300-320°C，时 间为 25-30min; (2) 熔炼后的金属材料中加入预先处理的碳纤维，搅拌均匀； (3) 在真空度为0.001?&-0.005?&，压强为30-1001〇^的条件下烧结，烧结时，以每分钟 10-20°C的速率升温至490-5KTC，保温12-16h，再以5-10°C的速率升温至530-550°C，保温 5_8h，最后以5-10°C的速率升温至590-6KTC，空冷。5. 根据权利要求4所述的高强轻质铝锂合金材料的制备方法，其特征在于：所述的步 骤（1)中的惰性气体为氩气。
【专利摘要】本发明公开了一种高强铝锂合金材料及其制备方法,由如下重量百分比的组分组成：锂3.6-4.2wt%、铜0.8-1.6wt%、镁2.8-3.8wt%、银0.5-1.2wt%、锆0.08-0.2wt%、锌0.2-0.28wt%、锰0.1-0.2wt%、预先处理的碳纤维7.2-10.2wt%、余量为铝，通过碳纤维预处理、熔炼和烧结步骤得到最后产品。本发明的铝锂合金，具有高强、轻质、高韧性的特点，克服了传统的铝锂合金低塑性的缺点，成本低。
【IPC分类】C22C47/04, C22C47/14, C22C49/06
【公开号】CN105200352
【申请号】CN201510482828
【发明人】姬胜国
【申请人】无棣向上机械设计服务有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月8日