高性能铝合金的制备方法技术

本发明专利技术提供一种高性能铝合金的制备方法，涉及材料领域领域。包括以下步骤，碳化硅粉末预氧化处理，将铝基粉末、稀土元素与预氧化处理后的碳化硅粉末加至球磨机，加入二氧化锆球、聚乙二醇后以酒精为介质，在气氛保护下进行球磨得到球磨粉，过滤，真空干燥；在流动并搅拌状态下的铝液中通过旋转喷射装置喷射加入球磨粉，流出端快冷成型得到成型坯；在气氛保护下将成型坯加热至半熔融状态，压成型，得到成型材料；成型材料经双级时效执处理得到碳化硅增强铝基复合材料。本发明专利技术通过对碳化硅表面进行预氧化处理，在碳化硅与铝合金两相界面形成柔性过渡层，从界面与化合键合角度，有效提高了铝合金延伸性能。

Preparation of High Performance Aluminum Alloy

The invention provides a preparation method of high performance aluminium alloy, which relates to the field of materials. It includes the following steps: pre-oxidation of silicon carbide powder, adding aluminium-based powder, rare earth elements and pre-oxidized silicon carbide powder to ball mill, adding zirconia balls and polyethylene glycol as media, then ball milling under atmosphere protection to obtain ball milling powder, filtering and vacuum drying; spraying in flowing and stirring state of aluminium liquid through rotating jet device to add. The forming blank is obtained by ball milling and quick cooling at the outlet end; the forming blank is heated to semi-melting state under atmosphere protection, and the forming material is obtained by pressing; the forming material is treated by two-stage aging to obtain SiC reinforced Al matrix composites. By pre-oxidizing the silicon carbide surface, a flexible transition layer is formed at the interface between silicon carbide and aluminium alloy, and the elongation performance of aluminium alloy is effectively improved from the angle of interface and chemical bonding.

【技术实现步骤摘要】
高性能铝合金的制备方法
本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种高性能铝合金的制备方法。
技术介绍
碳化硅颗粒增强铝基复合材料是由碳化硅和颗粒状的铝复合成，是目前普遍公认的最有竞争力的金属基复合材料品种之一。尽管其力学性能尤其是强度难与连续纤维复合材料相匹敌,但它却有着极为显著的低成本优势,而且相比之下制备难度小、制备方法也最为灵活多样,并可以采用传统的冶金工艺设备进行二次加工,因此易于实现批量生产。碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法对材料的性能影响很大，其成本也取决于材料的制造工艺，因此研究和发展有效的制造工艺一直是铝基复合材料的重要研究内容。目前,碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要有：粉末冶金法、喷射沉积法、浸渗法、搅拌铸造法、高能球磨法。但是现有的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法普遍存在碳化硅和铝合金的润湿性差，碳化硅与铝合金两相界面无法形成柔性过渡层，导致复合材料机械性能低，严重制约了复合材料的应用。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高性能铝合金的制备方法，解决了现有的碳化硅与铝合金两相界面无法形成柔性过渡层，导致复合材料机械性能低的技术问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种高性能铝合金的制备方法，包括以下步骤：S1:碳化硅粉末预氧化处理；S2:铝基粉末、稀土元素与所述步骤S1中预氧化处理后的碳化硅粉末加至球磨机，加入二氧化锆球、聚乙二醇后以酒精为介质，在气氛保护下进行球磨得到球磨粉，过滤，真空干燥；S3：在流动并搅拌状态下的铝液中通过旋转喷射装置喷射加入所述步骤S2得到的混合物，流出端快冷成型得到成型坯；S4:在气氛保护下将步骤S3中的所述成型坯加热至半熔融状态，在气氛保护下压成型，得到成型材料；S5:所述成型材料经双级时效执处理得到碳化硅增强铝基复合材料。优选的，所述步骤S2中铝基粉末、碳化硅粉末、稀土元素添加的比例为：铝基粉末为80～98wt％、碳化硅为0.5～20wt％、稀土元素为0.1～5wt％，且各组分之和满足百分之一百。优选的，所述稀土元素为Cr、Y、Ta中的一种或多种。优选的，所述铝基粉末的粒径为0.05um-500mm。优选的，所述步骤S1的碳化硅粉末预氧化处理，其预氧化处理为等离子辐射预氧化、干燥预氧化、微波预氧化、酸/碱预氧化处理中的一种或多种。优选的，所述步骤S1碳化硅粉末预氧化处理采用等离子辐射预氧化处理，具体的处理条件为：选用Ar/N2/O2混合气体为等离子气体，通气先后顺序为：在通入Ar/N2半小时后再通入氧气，氧气占混合气体的体积比为3％～5％；射频电源的输出功率为135W～800W。优选的，所述步骤S2中聚乙二醇加入量为总质量的0.5-5wt％；球磨比为4～7:1；酒精加入量为总体积比30-50％，干燥温度为60-80℃。优选的，所述步骤S3气体喷射温度为150-200℃；气体为氮气、氩气；所述步骤S3中混合物与铝液体积比为1:1～1.5。优选的。所述步骤S4中挤压成型的条件为：模具压力为50－150T。温度为500-650℃,压力为10T-600T；挤压过程在中氩气或氮气保护下进行。优选的，所述步骤S5中所述双级时效处理的具体条件为：一级时效温度为90～120℃、时间为8～12h；二级时效时间为150～160℃、时间为10～20h。(三)有益效果本专利技术提供了一种高性能铝合金的制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：本专利技术通过对碳化硅表面进行预氧化处理，使之形成有效缺陷与柔性硅氧键，降低合金化合能，促进铝氧键的化合，从而增加界面结合能，在碳化硅与铝合金两相界面形成柔性过渡层，解决了碳化硅增强铝合金，延伸性能下降等技术难点，从界面与化合键合角度，有效提高了铝合金延伸性能。同时采用粉末冶金球磨与喷射法解决了现有中间合金析出过程中出现的元素偏析、元素不均，内应力得不到有效释放等技术瓶颈。本专利技术通过，采用粉末冶金球磨与喷射法提高元素均匀分布，有效提高了铝合金复合材料整体机械性能，尤其其延伸性能得到明显提高。在半熔融态下不改变成分均匀性的条件下，通过机械力有效的提高了铝合金密度，从而提高了机械性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例步骤S3的工艺流程图。其中，熔炼装置1、搅拌器2、旋转喷射装置3、快冷装置4。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。基于现有技术的不足，本专利技术实施例，提供一种高性能铝合金的制备方法，包括以下步骤：S1:碳化硅粉末预氧化处理；具体的碳化硅粉末预氧化处理可以为等离子辐射预氧化、干燥预氧化、微波预氧化、酸/碱预氧化一种或多种；S2:铝基粉末、稀土元素与所述步骤S1中预氧化处理后的碳化硅粉末加至球磨机，加入二氧化锆球、聚乙二醇后以酒精为介质，在气氛保护下进行球磨得到球磨粉，球磨粉过滤，真空干燥；S3：在流动并搅拌状态下的铝液中通过旋转喷射装置喷射加入所述步骤S2得到的混合物，流出端快冷成型得到成型坯；具体的，步骤S3的流程如图1所示，铝液从熔炼装置1中流出，并且在流动过程中加以持续的搅拌，及铝液从熔炼装置1流至快冷装置4的过程中，通过搅拌器2持续进行搅拌，在搅拌过程中通过旋转喷射装置3将步骤S2得到的混合物旋转喷射至流动的铝液，实现充分混匀，进入通过快冷装置4快速冷却成成型坯。采用上述步骤S3的流程，能有效均匀加入碳化硅粉体，防止碳化硅在铝液中由于冷却速度过慢而偏析；适用于大规模产业化，快速冷却有利于晶粒细化，提高性能。S4:在气氛保护下将步骤S3中的所述成型坯加热至半熔融状态，在气氛保护下压成型，得到成型材料；S5:所述成型材料经双级时效执处理得到碳化硅增强铝基复合材料。本专利技术实施例通过对碳化硅表面进行预氧化处理，使之形成有效缺陷与柔性硅氧键，降低合金化合能，促进铝氧键的化合，从而增加界面结合能，在碳化硅与铝合金两相界面形成柔性过渡层，解决了碳化硅增强铝合金，延伸性能下降等技术难点，从界面与化合键合角度，有效提高了铝合金延伸性能。同时采用粉末冶金球磨与喷射法解决了现有中间合金析出过程中出现的元素偏析、元素不均，内应力得不到有效释放等技术瓶颈。本专利技术通过，采用粉末冶金球磨与喷射法提高元素均匀分布，有效提高了铝合金复合材料整体机械性能，尤其其延伸性能得到明显提高。在半熔融态下不改变成分均匀性的条件下，通过机械力有效的提高了铝合金密度，从而提高了机械性能。下面通过具体的实施例，进行详细的说明：实施例1一种高性能铝合金的制备方法，包括以下步骤：S1:采用等离子辐射预氧化对碳化硅粉末进行预处理；具体的处理条件为：选用Ar/N2/O2混合气体为等离子气体，通气先后顺序为：在通入Ar/N2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:碳化硅粉末预氧化处理；S2:铝基粉末、稀土元素与所述步骤S1中预氧化处理后的碳化硅粉末加至球磨机，加入二氧化锆球、聚乙二醇后以酒精为介质，在气氛保护下进行球磨得到球磨粉，过滤，真空干燥；S3：在流动并搅拌状态下的铝液中通过旋转喷射装置喷射加入所述步骤S2得到的混合物，流出端快冷成型得到成型坯；S4:在气氛保护下将步骤S3中的所述成型坯加热至半熔融状态，在气氛保护下压成型，得到成型材料；S5:所述成型材料经双级时效执处理得到碳化硅增强铝基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种高性能铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:碳化硅粉末预氧化处理；S2:铝基粉末、稀土元素与所述步骤S1中预氧化处理后的碳化硅粉末加至球磨机，加入二氧化锆球、聚乙二醇后以酒精为介质，在气氛保护下进行球磨得到球磨粉，过滤，真空干燥；S3：在流动并搅拌状态下的铝液中通过旋转喷射装置喷射加入所述步骤S2得到的混合物，流出端快冷成型得到成型坯；S4:在气氛保护下将步骤S3中的所述成型坯加热至半熔融状态，在气氛保护下压成型，得到成型材料；S5:所述成型材料经双级时效执处理得到碳化硅增强铝基复合材料。2.如权利要求1所述高性能铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中铝基粉末、碳化硅粉末、稀土元素添加的比例为：铝基粉末为80～98wt％、碳化硅为0.5～20wt％、稀土元素为0.1～5wt％，且各组分之和满足百分之一百。3.如权利要求1所述高性能铝合金的制备方法，其特征在于，所述稀土元素为Cr、Y、Ta中的一种或多种。4.如权利要求1所述高性能铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝基粉末的粒径为0.05um-500mm。5.如权利要求1所述高性能铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的碳化硅粉末预氧化处理，其预氧化处理为等离子辐射预氧化、干燥预氧化、微波预氧化、酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍小波，高平平，陈青华，
申请(专利权)人：湘潭金波新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43