一种强韧化铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金材料，具体涉及一种强韧化铝合金及其制备方法。

背景技术：

1、铝合金作为一种广泛应用的工程材料，具有轻质、高比强度、易回收等优异特性，在造船、航空、汽车、电力、建筑等行业中尤为重要，已成为国民经济发展的重要支柱材料之一。近几十年来，铝合金大致向两个方向发展：一是发展高强高韧铝合金新材料，以满足航空和航天需要；二是发展一系列可以满足各种使用条件的民用铝合金材料。高强高韧铝合金主要包括2×××和7×××系列im传统熔铸铝合金，以及在其基础上发展起来的pm粉末冶金铝合金、sf喷射成型铝合金、铝基复合材料、超塑性铝合金等。在强韧化铝合金的发展中，通过添加合适的填料，如陶瓷颗粒等，可有效提高强度和硬度，但是其韧性会受到影响。如何通过对填料的改性，从而在增加铝合金强度的基础上，提高其韧性，是本专利需要解决的问题。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：针对上述的技术问题，本发明的目的是提供一种强韧化铝合金及其制备方法，采用钇改性碳化硅纳米颗粒，引入钇元素后，碳化硅纳米颗粒的团聚尺寸减小，且在碳化硅纳米颗粒的表面形成一种“保护膜”，改善碳化硅纳米颗粒与α-al晶粒之间的润湿性，减少碳化硅纳米颗粒由于其强烈的分子作用里而团聚的倾向，能够使碳化硅纳米颗粒更加均匀的分散在铝合金基体中，从而促使晶粒细化，并且与铝合金基体反应形成含钇析出相，这类相弥散分布在基体中对铝合金的韧性有着明显的改善作用。此外，钇与铝合金基体能够形成al3y硬质相，作为铝合金中的异质形核点，提高α-al的形核率，从而细化晶粒，改善铝合金的力学性能。

2、技术方案：一种强韧化铝合金的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：将铝合金基材加热至熔融，加入钇改性碳化硅纳米颗粒和纳米螺旋碳纤维，采用电动机械搅拌器进行搅拌；

4、s2：浇铸进模具中即得。

5、进一步的，所述铝合金基材由以下成分组成：zn：7.6-8.4％，mg：1.8-2.3％，cu：2.0-2.6％，余量为al。

6、进一步的，所述钇改性碳化硅的粒径为50-300nm。

7、进一步的，所述纳米螺旋碳纤维的螺径为0.3-1μm，纤维直径为40-60nm，螺距为80nm。

8、进一步的，所述铝合金与钇改性碳化硅纳米颗粒的质量比为100:(10-18)；所述钇改性碳化硅纳米颗粒和纳米螺旋碳纤维的质量比为(2-3):1。

9、进一步的，所述钇改性碳化硅纳米颗粒的制备方法为：

10、(1)取50-60份金属硅粉、40-50份麦壳粉和0.1-1份钇粉混合，置于球磨机中球磨20-24h；(2)取出后加入3-5份羧甲基纤维素和10-20份水，继续搅拌6-10h，获得浆料；

11、(3)将浆料放入真空压力罐中，经真空处理后将浆料注入模具中，8-12h后开模，置于烘箱中烘干，获得坯体；

12、(4)将坯体置于真空炉中，升温至600-700℃保温1-2h，继续升温至1350-1400℃保温2-4h，随炉冷却至室温，即得钇改性碳化硅纳米颗粒。

13、进一步的，所述步骤(1)中球磨转速为300-400rpm。

14、进一步的，所述步骤(3)中真空处理条件为：真空度2.5-9kpa；真空处理时间1-2h。

15、进一步的，所述步骤(4)中真空炉的真空度≥2pa。

16、上述方法所制备的强韧化铝合金。

17、有益效果：

18、1.本发明采用钇改性碳化硅纳米颗粒和纳米螺旋碳纤维二者复合的填料，钇改性碳化硅纳米颗粒为“点”结构，纳米螺旋碳纤维既有二维的线结构，又有三维结构，二者能够进一步形成更为复杂的网络结构，增强铝合金的力学性能。

19、2.本发明采用钇改性碳化硅纳米颗粒，引入钇元素后，碳化硅纳米颗粒的团聚尺寸减小，且在碳化硅纳米颗粒的表面形成一种“保护膜”，改善碳化硅纳米颗粒与α-al晶粒之间的润湿性，减少碳化硅纳米颗粒由于其强烈的分子作用里而团聚的倾向，能够使碳化硅纳米颗粒更加均匀的分散在铝合金基体中，从而促使晶粒细化，并且与铝合金基体反应形成含钇析出相，这类相弥散分布在基体中对铝合金的韧性有着明显的改善作用。此外，钇与铝合金基体能够形成al3y硬质相，作为铝合金中的异质形核点，提高α-al的形核率，从而细化晶粒，改善铝合金的力学性能。

20、3.本发明采用纳米级的碳化硅颗粒，纳米级的碳化硅颗粒具有强界面结合力，可以显著细化初生α-al枝晶、这有助于打破强度-延性权衡，获得强韧化铝合金。

技术特征：

1.一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝合金基材由以下成分组成：zn：7.6-8.4％，mg：1.8-2.3％，cu：2.0-2.6％，余量为al。

3.根据权利要求1所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述钇改性碳化硅纳米颗粒的粒径为50-300nm。

4.根据权利要求1所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述纳米螺旋碳纤维的螺径为0.3-1μm，纤维直径为40-60nm，螺距为80nm。

5.根据权利要求1所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝合金与钇改性碳化硅纳米颗粒的质量比为100:(10-18)；所述钇改性碳化硅纳米颗粒和纳米螺旋碳纤维的质量比为(2-3):1。

6.根据权利要求1所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述钇改性碳化硅纳米颗粒的制备方法为：

7.根据权利要求6所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨转速为300-400rpm。

8.根据权利要求6所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中真空处理条件为：真空度2.5-9kpa；真空处理时间1-2h。

9.根据权利要求6所述的一种强韧化铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中真空炉的真空度≥2pa。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法所制备的强韧化铝合金。

技术总结
本发明提供了一种强韧化铝合金及其制备方法，制备方法如下：S1：将铝合金基材加热至熔融，加入钇改性碳化硅纳米颗粒和纳米螺旋碳纤维，采用电动机械搅拌器进行搅拌；S2：浇铸进模具中即得。本发明采用钇改性碳化硅纳米颗粒，引入钇元素后，碳化硅纳米颗粒的团聚尺寸减小，且在碳化硅纳米颗粒的表面形成一种“保护膜”，改善碳化硅纳米颗粒与α‑Al晶粒之间的润湿性，减少碳化硅纳米颗粒由于其强烈的分子作用里而团聚的倾向，能够使碳化硅纳米颗粒更加均匀的分散在铝合金基体中，从而促使晶粒细化，并且与铝合金基体反应形成含钇析出相，这类相弥散分布在基体中对铝合金的韧性有着明显的改善作用。

技术研发人员：崔国昌,李旭,田尧,张云海,李宁,刘洋
受保护的技术使用者：山东创新精密科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27