一种粉末冶金铝基材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种粉末冶金铝基材料，原料粉末包括质量百分数为0.01％～10％的氢化铪粉末，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末。本发明专利技术还涉及该种粉末冶金铝基材料的制备方法，包括以下步骤，包括以下步骤(a)混粉；(b)成形；(c)烧结；(d)热处理。该种粉末冶金铝基材料烧结变形量较小；该种制备方法工艺简单、生产效率较高、适用大批量生产。

A Powder Metallurgy Aluminum-based Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种粉末冶金铝基材料及其制备方法
本专利技术涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金铝基材料及其制备方法。
技术介绍
铝合金是一种低密度、高比强度的轻质材料，铝合金取代铁基、铜基零件后有利于减轻自重、节能减排，铝合金在航空航天、汽车、机械制造、船舶、化学工业等领域已经得到大量应用。例如，超音速战斗机的横梁、高压气缸、汽车悬臂构件、发动机的叶片、机壳和缸套、汽车发动机和变速箱零件等都广泛使用铝合金。然而，许多零件不仅要求轻质和较好的力学性能，如硬度、强度、耐磨性、热膨胀系数、高温力学性能等，而且要求较高的尺寸精度。特别是结构零件，如变速箱的传动机构零件，对尺寸精度要求极高。这对铝合金零件的制造精度提出了较高的要求。粉末冶金工艺节能节材、近净成形，是一种绿色制造技术，适合大规模生产。粉末冶金铝合金零件结合粉末冶金和铝合金的优势，具备足够的力学性能，可部分取代传统的铁基、铜基零件，有利于推动轻量化发展。但铝合金液相烧结的特性导致其烧结变形较严重，目前在粉末冶金领域常用模具设计来解决烧结变形的问题；但铝合金的烧结变形具有不均匀性和随机性，难以通过模具设计消除。烧结变形是粉末冶金铝基材料的关键技术难题之一，严重阻碍其批量化生产。因此，需要一种能采用其他方法解决该烧结变形问题的粉末冶金铝基材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种烧结变形量较小的粉末冶金铝基材料。本专利技术所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种用于制备上述粉末冶金铝基材料的工艺简单、生产效率较高、适用大批量生产的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种粉末冶金铝基材料，原料粉末包括质量百分数为0.01％～10％的氢化铪粉末，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末。优选的，所述氢化铪粉末的质量百分数为1.5％～7.5％。优选的，所述氢化铪粉末纯度为99.0％-99.9％。一种用于制备上述的粉末冶金铝基材料的制备方法，包括以下步骤：(a)混粉：根据组分配比将铝基体粉末与氢化铪粉末混合均匀得到原料粉末；(b)成形：将步骤(a)所得粉末压制成形，得到坯体；(c)烧结：在保护气氛下对步骤(2)所得所述坯体进行烧结，获得烧结件；(d)热处理：将步骤(c)所得的所述烧结件依次进行固溶处理和人工时效热处理；对于所述烧结件为纯铝基体或是热处理不可强化的铝合金基体的不进行步骤(d)。优选的，保护气氛为N2，H2，或Ar气氛。优选的，所述步骤(c)烧结的烧结温度为550～660℃，保温时间为5～60min，进一步优选，冷却时间为0.5～3h。优选的，所述步骤(d)的固溶处理的固溶温度为450～580℃，固溶时间为0.5～6h，人工时效温度为100～200℃，人工时效时间为3～24h。为了便于脱模与成形，在步骤(a)的混粉过程中，向所述原料粉末中添加润滑剂，所述润滑剂占所述原料粉末的质量分数为0.5％～2％。润滑剂可以选择硬脂酸类润滑剂或石蜡，以及其他常用的润滑剂。润滑剂的添加方式为手动混合或混合机混合，其中优选的，混合机混合选用球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器中的任意一种混合机进行混合。为了防止润滑剂影响复合材料，在所述步骤(c)的烧结前先对所述坯体进行脱蜡处理，脱蜡温度为350～450℃，脱蜡时间为20～50min。优选的，所述步骤(a)中的所述铝基体粉末的平均粒度为30～100μm，所述氢化铪粉末的平均粒度为0.1～100μm。进一步优选的，所述步骤(a)中铝基体粉末平均粒度为60～80μm，氢化铪粉末平均粒度为1～45μm，优选的，所述步骤(a)的混合采用球磨机混合，球磨机转速为90～190r/min，球磨时间为8～17h。进一步优选的，所述球磨机转速为120～160r/min，球磨时间为9～14h。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：在铝基粉末冶金配方中添加氢化铪，可显著减小烧结变形，稳定烧结后尺寸，有助于保持近净成形优势。引起烧结变形的因素有很多，适当添加氢化铪可在高温下释放氢气，除去烧结坯中的氧，有利于形成良好的烧结颈，避免不良烧结带来的烧结变形。其次，氢化铪随着温度升高而释放氢气，适量地削弱烧结液相对固体颗粒的润湿，降低了液相与固体颗粒骨架的相互影响，一定程度上减小了烧结变形。另外，添加的氢化铪脱氢后留下活性铪，能对铝基体形成第二相强化，一定程度上提高了烧结件的力学性能。少量添加氢化铪的成本也不高，添加的方式较为简单，适用于批量生产；本专利技术从原料粉配方的角度出发，通过改善粉末冶金铝基材料的组分配比来解决采用粉末冶金方法来制备铝合金时的烧结变形问题，这种方法无需对生产设备和工艺进行大幅度的改造，使用较为方便，成本较低，且具有较高的产生效率，能够进行大批量生产，采用简便的方法解决了长期存在的铝合金烧结变形的技术难题。附图说明图1为本专利技术实施例6中氢化铪颗粒的微观形貌图；图2为本专利技术实施例5中烧结件的断口形貌图；图3为本专利技术实施例9中混合粉末的微观形貌图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。实施例1：本实施例以纯铝基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：(1)混粉：将平均粒径为60μm的铝单质粉末与平均粒径为45μm的氢化铪粉末用研钵研磨混合均匀，得到原料粉末，其中氢化铪粉末在原料粉末中的质量分数为5％，余量为铝单质粉末。该步骤所用氢化铪粉末可以优选纯度为99.0％。(2)成形：将步骤(1)所得粉末进行模压成形，压制压力为150MPa，保压时间为15s。(3)烧结：采用管式炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，烧结温度为650℃，烧结保温时间为60min，保温结束后随炉冷却。该步骤的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。经过测试，未加氢化铪粉末的纯铝粉烧结后强度是68MPa，烧结变形量达3％；纯铝粉加入5％的氢化铪粉末后，烧结而成的粉末冶金铝基材料的强度是60MPa，烧结变形量为2.98％。实施例2：本实施例以2014铝合金基体为例，对粉末冶金铝基材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：(1)混粉：将平均粒径为78μm的2014铝合金粉末与平均粒径为10μm的氢化铪粉末混合得到原料粉末，原料粉末在转速为150r/min的行星式球磨机上球磨17h混合均匀，其中氢化铪粉末在原料粉末中的质量分数为9％，余量为2014铝合金粉末。该步骤所用氢化铪粉末优选纯度为99.0％。(2)成形：利用V型混合器，在将步骤(1)所得粉末中混入占原料粉末的质量分数为0.5wt％的硬脂酸锌作为润滑剂，混合均匀后，将粉末进行模压成形，压制压力为400MPa，保压时间为20s；(3)烧结：采用网带式连续炉烧结，烧结保护气氛为高纯N2，脱蜡温度为350℃，脱蜡时间为30min；烧结温度为595℃，烧结保温时间为40min，保温结束后随炉冷却，控制冷却速度使在2h内降至室温，获得烧结件。该步骤烧结的烧结环境可以优选为氧含量低于10ppm，露点低于-40℃。(4)热处理：将上述烧结件依次进行固溶和人工时效热处理，固溶温度为510℃，固溶时间为1h，人工时效温度为180℃，人工时效时间为15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末冶金铝基材料，其特征在于：原料粉末包括质量百分数为0.01％～10％的氢化铪粉末，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末。

【技术特征摘要】
1.一种粉末冶金铝基材料，其特征在于：原料粉末包括质量百分数为0.01％～10％的氢化铪粉末，余量为铝基体粉末，所述铝基体粉末为铝单质粉末或铝合金粉末或铝基复合材料粉末。2.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基材料，其特征在于：所述氢化铪粉末的质量百分数为1.5％～7.5％。3.根据权利要求1或2所述的粉末冶金铝基材料，其特征在于：所述氢化铪粉末纯度为99.0％-99.9％。4.一种用于制备如权利要求1至3中任一项所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(a)混粉：根据组分配比将铝基体粉末与氢化铪粉末混合均匀得到原料粉末；(b)成形：将步骤(a)所得粉末压制成形，得到坯体；(c)烧结：在保护气氛下对步骤(2)所得所述坯体进行烧结，获得烧结件；(d)热处理：将步骤(c)所得的所述烧结件依次进行固溶处理和人工时效热处理；对于所述烧结件为纯铝基体或是热处理不可强化的铝合金基体的不进行步骤(d)。5.根据权利要求4所述的粉末冶金铝基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)烧结的烧结温度为550...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜巍巍，秦晓冬，杨浩，包崇玺，
申请(专利权)人：东睦新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33