一种铝合金材料及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及金属材料加工技术领域，尤其涉及一种铝合金材料及其制备方法。


背景技术：

[0002]
材料是人类进行生产和生活的必备工具，与日常生活息息相关，可以说，没有材料的高速发展就没有人类社会的不断进步。材料的发展状况是现代社会文明程度的一种标志。铝合金材料作为材料大家族中的一员，由于其密度低但强度比较高，接近或超过优质钢，可塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中均有大量应用，是工业中应用最广泛的有色金属结构材料。
[0003]
随着工业经济的飞速发展，对铝合金材料的市场需求量日益增多，对铝合金的抗腐蚀性能、压铸性能、可焊性能、耐磨性和机械强度等要求也越来越高。然而，现有技术中的铝合金材料或多或少存在强度、延伸率和硬度都比较低，容易出现变形、断裂、腐蚀等现象，且其导热性、耐腐蚀性和耐磨性能有待进一步提高，目前市面上的铝合金材料要么强度高而焊接性能差或者焊接性能好但强度低，很少有同时具备高载荷、轻质化、高强、高韧、高模量、良好的耐蚀性及焊接性能的铝合金材料产品出现，制约其在特殊领域的应用，无法满足人们日益增长的对具有高科技含量，高性能附加值的铝合金材料的迫切需求。
[0004]
申请号为201711385457.9的中国发明专利公开了一种铝合金材料，所述的铝合金材料，按重量百分比计算，包括：铝94-96%，硅1-2.5%，锰1-1.5%，锆0.5-1.5%；还可选择性添加锌和镁，锌的含量一般是0.25-0.5%，镁的含量一般是0.5-1.5%。该发明所述铝合金材料具有良好的拉伸性能和可压铸性，成型后方便加工生产，同时也具有一定的抗腐蚀性。然而，其耐磨性和导热性有待进一步提高。
[0005]
因此，开发一种综合性能佳，机械强度、抗腐蚀性能、压铸性能、可焊性能、耐磨性和导热性优异，耐用性好的铝合金材料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进金属材料领域的发展具有非常重要的意义。


技术实现要素：

[0006]
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种铝合金材料，该材料综合性能佳，机械强度、抗腐蚀性能、压铸性能、可焊性能、耐磨性和导热性优异，耐用性好；同时，本发明还提供了一种所述铝合金材料的制备方法，该制备方法简单易行，操作控制方法，对设备依赖性小，制备效率和成品合格率高，适合连续规模化生产，具有较高的经济价值和社会价值。
[0007]
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种铝合金材料，其特征在于，包括按重量百分比计的如下组分：1-3%的si，0.1-0.3%的sc，0.005-0.01%的sb，0.1-0.3%的w，0.02-0.06%的ba，0.05-0.1%的ge，0.01-0.03%的co，0.001-0.003%的pt，0.01-0.1%的ta，0.09-0.16%的zr，0.003-0.007%的be，0.01-0.05%的稀土元素，余量为al，上述各组分重量
0.03%的co，0.001-0.003%的pt，0.01-0.1%的ta，0.09-0.16%的zr，0.003-0.007%的be，0.01-0.05%的稀土元素，各组分协同作用，能减少熔铸时的烧损和夹杂，能细化铸造组织和焊接组织，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金强化作用大，且能改善塑性加工性和最终产品质量，使得制成的铝合金材料综合性能更佳。
[0023]
（4）本发明提供的一种铝合金材料，各添加元素协同作用不仅能够显著细化铸态合金晶粒、提高再结晶温度从而提高铝合金的强度和韧性，而且能显著改善铝合金的可焊性、耐热性、抗蚀性、和热稳定性；还能促进非均质性核，细化晶粒，进而显著提高铝合金材料的硬度和耐磨性。
[0024]
（5）本发明提供的一种铝合金材料，单个组分或其中的部分组分组合的作用可能与现有技术中的作用相同，但该铝合金材料配方的这种组合是首次出现，其中各组分之间相互影响相互作用，缺一不可，得到的产品综合性能佳；在制备过程中通过精炼剂制备原料的合理选取使得制成的铝合金材料杂质少、精度更高，进而有效改善综合性能。
具体实施方式
[0025]
下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
[0026]
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此；所涉及到的其它原料均为商业购买。
[0027]
实施例1实施例1提供一种铝合金材料，其特征在于，包括按重量百分比计的如下组分：1%的si，0.1%的sc，0.005%的sb，0.1%的w，0.02%的ba，0.05%的ge，0.01%的co，0.001%的pt，0.01%的ta，0.09%的zr，0.003%的be，0.01%的稀土元素，余量为al，上述各组分重量百分比之和为100%；所述稀土元素为ce、tb的混合物。
[0028]
所述稀土元素是由ce、tb按质量比1:3混合而成的混合物。
[0029]
一种所述铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1、按照重量百分比配料，得到炉料，然后将炉料加入到熔炼炉中熔炼，待炉料全部熔化完毕后，取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求；步骤s2、采用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体中，保温精炼25分钟后，依次扒渣、过滤，再进行成分分析，合格后将熔体压射到模具内，进行压铸成型，接着依次进行均匀化处理和人工时效处理，得到铝合金材料成品。
[0030]
步骤s1中所述熔炼的温度为800℃。
[0031]
步骤s2中所述惰性气体为氮气；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟硅酸钾3份、氯化铷1份、碳酸钠3份、硝酸铍1份、氯化钙4份、四氟铝酸钾1份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.2:100；所述保温精炼的温度为710℃；所述过滤采用陶瓷过滤的方式；所述压铸成型的压铸模具温度为285℃，铸造压力为85mpa；所述模具内真空度为-0.06mpa。
[0032]
步骤s2中所述均匀化处理为双级均匀化处理，第一级均匀化的温度为400℃，时间为6h；第二级均匀化的温度为465℃均匀化时间为20h；所述人工时效处理具体为在230℃的条件下进行时效处理，时效时间为7小时。
[0033]
实施例2
实施例2提供一种铝合金材料，其特征在于，包括按重量百分比计的如下组分：1.5%的si，0.15%的sc，0.007%的sb，0.15%的w，0.03%的ba，0.06%的ge，0.015%的co，0.0015%的pt，0.03%的ta，0.11%的zr，0.004%的be，0.02%的稀土元素，余量为al，上述各组分重量百分比之和为100%；所述稀土元素为ce、tb的混合物。
[0034]
所述稀土元素是由ce、tb按质量比1:3.5混合而成的混合物。
[0035]
一种所述铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1、按照重量百分比配料，得到炉料，然后将炉料加入到熔炼炉中熔炼，待炉料全部熔化完毕后，取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求；步骤s2、采用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体中，保温精炼27分钟后，依次扒渣、过滤，再进行成分分析，合格后将熔体压射到模具内，进行压铸成型，接着依次进行均匀化处理和人工时效处理，得到铝合金材料成品。
[0036]
步骤s1中所述熔炼的温度为820℃。
[0037]
步骤s2中所述惰性气体为氦气；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟硅酸钾3.5份、氯化铷1.5份、碳酸钠3.5份、硝酸铍1.2份、氯化钙4.5份、四氟铝酸钾1.2份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.25:100；所述保温精炼的温度为720℃；所述过滤采用陶瓷过滤的方式。
[0038]
步骤s2中所述压铸成型的压铸模具温度为295℃，铸造压力为90mpa；所述模具内真空度为-0.08mpa；所述均匀化处理为双级均匀化处理，第一级均匀化的温度为410℃，时间为6.5h；第二级均匀化的温度为470℃均匀化时间为23h；所述人工时效处理为t6单级时效。
[0039]
实施例3实施例3提供一种铝合金材料，其特征在于，包括按重量百分比计的如下组分：2%的si，0.2%的sc，0.007%的sb，0.2%的w，0.04%的ba，0.07%的ge，0.02%的co，0.002%的pt，0.06%的ta，0.13%的zr，0.005%的be，0.035%的稀土元素，余量为al，上述各组分重量百分比之和为100%；所述稀土元素为ce、tb的混合物。
[0040]
所述稀土元素是由ce、tb按质量比1:4混合而成的混合物。
[0041]
一种所述铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1、按照重量百分比配料，得到炉料，然后将炉料加入到熔炼炉中熔炼，待炉料全部熔化完毕后，取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求；步骤s2、采用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体中，保温精炼30分钟后，依次扒渣、过滤，再进行成分分析，合格后将熔体压射到模具内，进行压铸成型，接着依次进行均匀化处理和人工时效处理，得到铝合金材料成品。
[0042]
步骤s1中所述熔炼的温度为830℃。
[0043]
步骤s2中所述惰性气体为氖气；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟硅酸钾4份、氯化铷2份、碳酸钠4份、硝酸铍1.5份、氯化钙5份、四氟铝酸钾1.5份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.3:100；所述保温精炼的温度为730℃；所述过滤采用陶瓷过滤的方式。
[0044]
步骤s2中所述压铸成型的压铸模具温度为305℃，铸造压力为95mpa；所述模具内真空度为-0.09mpa；所述均匀化处理为双级均匀化处理，第一级均匀化的温度为415℃，时间为7h；第二级均匀化的温度为472℃均匀化时间为25h；所述人工时效处理具体为在260℃的条件下进行时效处理，时效时间为8小时。
[0045]
实施例4实施例4提供一种铝合金材料，其特征在于，包括按重量百分比计的如下组分：2.5%的si，0.25%的sc，0.009%的sb，0.25%的w，0.05%的ba，0.09%的ge，0.025%的co，0.0025%的pt，0.08%的ta，0.14%的zr，0.006%的be，0.04%的稀土元素，余量为al，上述各组分重量百分比之和为100%；所述稀土元素为ce、tb的混合物。
[0046]
所述稀土元素是由ce、tb按质量比1:4.5混合而成的混合物。
[0047]
一种所述铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1、按照重量百分比配料，得到炉料，然后将炉料加入到熔炼炉中熔炼，待炉料全部熔化完毕后，取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求；步骤s2、采用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体中，保温精炼33分钟后，依次扒渣、过滤，再进行成分分析，合格后将熔体压射到模具内，进行压铸成型，接着依次进行均匀化处理和人工时效处理，得到铝合金材料成品。
[0048]
步骤s1中所述熔炼的温度为850℃。
[0049]
步骤s2中所述惰性气体为氩气；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟硅酸钾4.5份、氯化铷2.5份、碳酸钠4.5份、硝酸铍1.8份、氯化钙5.5份、四氟铝酸钾1.9份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.35:100；所述保温精炼的温度为740℃；所述过滤采用陶瓷过滤的方式。
[0050]
步骤s2中所述压铸成型的压铸模具温度为315℃，铸造压力为99mpa；所述模具内真空度为-0.11mpa；所述均匀化处理为双级均匀化处理，第一级均匀化的温度为425℃，时间为7.5h；第二级均匀化的温度为478℃均匀化时间为28h；所述人工时效处理具体为在270℃的条件下进行时效处理，时效时间为8.5小时。
[0051]
实施例5实施例5提供一种铝合金材料，其特征在于，包括按重量百分比计的如下组分：3%的si，0.3%的sc，0.01%的sb，0.3%的w，0.06%的ba，0.1%的ge，0.03%的co，0.003%的pt，0.1%的ta，0.16%的zr，0.007%的be，0.05%的稀土元素，余量为al，上述各组分重量百分比之和为100%；所述稀土元素为ce、tb的混合物。
[0052]
所述稀土元素是由ce、tb按质量比1:5混合而成的混合物。
[0053]
一种所述铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1、按照重量百分比配料，得到炉料，然后将炉料加入到熔炼炉中熔炼，待炉料全部熔化完毕后，取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求；步骤s2、采用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体中，保温精炼35分钟后，依次扒渣、过滤，再进行成分分析，合格后将熔体压射到模具内，进行压铸成型，接着依次进行均匀化处理和人工时效处理，得到铝合金材料成品。
[0054]
步骤s1中所述熔炼的温度为860℃。
[0055]
步骤s2中所述惰性气体为氮气；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟硅酸钾5份、氯化铷3份、碳酸钠5份、硝酸铍2份、氯化钙6份、四氟铝酸钾2份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.4:100；所述保温精炼的温度为750℃；所述过滤采用陶瓷过滤的方式。
[0056]
步骤s2中所述压铸成型的压铸模具温度为325℃，铸造压力为105mpa；所述模具内真空度为-0.12mpa；所述均匀化处理为双级均匀化处理，第一级均匀化的温度为430℃，时间为8h；第二级均匀化的温度为480℃均匀化时间为30h；所述人工时效处理为t77多级时效。
[0057]
对比例1对比例1提供一种铝合金材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加sc。
[0058]
对比例2对比例2提供一种铝合金材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加sb。
[0059]
对比例3对比例3提供一种铝合金材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加ba。
[0060]
对比例4对比例4提供一种铝合金材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加pt。
[0061]
对比例5对比例5提供一种铝合金材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加ta和co。
[0062]
对比例6对比例6提供一种铝合金材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加w和ge。
[0063]
对比例7对比例7提供一种铝合金材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加zr和be。
[0064]
对上述实施例1-5及对比例1-7制备的铝合金材料样品进行性能测试，测试方法和测试结果见表1；所述抗拉强度和延伸率的测试采用a型拉力试样。
[0065]
表1
从表1可以看出，本发明实施例公开的铝合金材料与对比例相比，具有更加优异的机械力学性能和导热性，这是各组分协同作用的结果。
[0066]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。