一种纳米晶铝合金及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米晶铝合金及其制备方法与应用，以质量百分数计，所述纳米晶铝合金的原料组成包括：0.7‑0.8wt%的Mg，0.7‑0.8wt%的Si，0.15‑0.2wt%的Mn，0.1‑0.2wt%的Cr，0.15‑0.2wt%的Cu，0.1‑0.2wt%的Zn，0.1‑0.2wt%的Sn，0.3‑0.4wt%的Fe，余量为Al以及不可避免的杂质。所述制备方法工艺简单，且能够得到抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥15%且疲劳周次≥2×10

【技术实现步骤摘要】
一种纳米晶铝合金及其制备方法与应用
本专利技术属于材料
，涉及一种铝合金材料，尤其涉及一种纳米晶铝合金及其制备方法与应用。
技术介绍
铝及铝合金作为仅次于钢铁的一类量大面广的传统金属材料，在国民经济和国防建设最好能够具有十分重要甚至不可替代的作用。由于铝合金密度小，比强度高于铜合金、铁球及碳素钢，因而在交通运输机械、化工机械、建筑材料、体育器械及家用电器、器具等方面获得了广泛的应用，尤其在航空、航天等高新技术的发展，对铝合金性能提出了愈来愈高的要求。6000系Al-Mg-Si合金由于综合性能优良，比强度高，成型性、耐蚀性良好，被广泛应用。CN107354411A公开了一种纳米晶铝合金板材的制备方法，所述制备方法包括深冷轧制和退火。以质量百分含量计，所述纳米晶铝合金板包括：Si0.4-0.8%，Mg0.8-1.2%，Cu0.15-0.4%，Mn0.05-0.25%，Cr0.04-0.35，Zn0.25%以及Ti0.15%。所述制备方法通过将铝合金在液氮的低温环境中冷却并多道次累计轧制变形，冷轧的总累计压下率为40-80%，每道次的压下率为5-10%，制得深冷轧制铝合金板。但所述制备方法需要借助液氮进行处理，处理成本较高。CN110029297A公开了一种铝合金及其淬火后处理方法，所述处理方法包括：将淬火处理后的铝合金板材进行深冷处理，处理后立即进行第一次深冷轧制；将第一次深冷轧制后的板材进行急热处理，处理后立即进行第一次急热轧制；将第一次急热轧制后的板材进行深冷处理，处理后立即进行第二次深冷轧制；将第二次深冷轧制后的板材进行急热处理，处理后立即进行第二次急热轧制；将第二次急热轧制后的板材依次再进行深冷处理、及热处理以及降温时效处理。所述处理方法能够提高所得铝合金的强度，但制备过程复杂，对急热与急热的操作要求较高，难以进行工业化应用。CN112048685A公开了一种可提升铝合金耐磨疲劳性能的后处理方法，所述后处理方法包括如下步骤：A，将淬火处理后的铝合金板材装进冷库中，在2-3h内，缓慢将板材的中心温度从室温降至-30℃至-25℃，然后保温3-5h，在此温度下进行轧制；B，在3-5h内，缓慢地将板材的中心温度降低至-50℃，保温2-3h，在此温度下进行轧制；C，在5-8h内，缓慢地将板材的中心温度降低至最低-65℃，保温18-24h，然后在此温度下进行轧制；D，在20-30min内快速地将板材的中心温度升高至150-180℃，并保温3-5h；E，进行降温时效处理，保存3-5h，完成铝合金耐磨疲劳性能的提升。但后处理方法需要的温度较低，难以进行工业化应用。因此，需要提供一种制备方法简单，且能够得到抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥650MPa，残余应力消除效果90%以上的纳米晶铝合金。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种纳米晶铝合金及其制备方法与应用，所述纳米晶铝合金的制备方法简单，通过控制冷轧变形量以及退火处理，使所得纳米晶铝合金的抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率>15%且疲劳周次>2×107。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种纳米晶铝合金，以质量百分数计，所述纳米晶铝合金的原料组成包括：0.7-0.8wt%的Mg，0.7-0.8wt%的Si，0.15-0.2wt%的Mn，0.1-0.2wt%的Cr，0.15-0.2wt%的Cu，0.1-0.2wt%的Zn，0.1-0.2wt%的Sn，0.3-0.4wt%的Fe，余量为Al以及不可避免的杂质。本专利技术提供的纳米晶铝合金通过调控元素的组成以及各元素的含量，使多种元素相互协同，提高了所得纳米晶铝合金的综合力学性能，使其抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率>15%且疲劳周次>2×107。具体的，Cu元素的添加形成的CuAl2相有利于提高所得纳米晶铝合金的时效强化效果，而且，Cu能够与Al、Zn以及Mg配合，共同提高所得纳米晶铝合金的抗拉强度与屈服强度。但过多的Cu不仅会提高所得纳米晶铝合金的生产成本，还会降低其抗蚀性能，使所得纳米晶铝合金的疲劳寿命缩短；而过少的Cu则不能实现与特定组成的Al、Zn以及Mg的配合，所得纳米晶铝合金的力学性能降低。对此，为了使Cu元素能够与其它元素相互配合，纳米晶铝合金的原料中Cu为0.15-0.2wt%，例如可以是0.15wt%、0.16wt%、0.17wt%、0.18wt%、0.19wt%或0.2wt%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为0.16-0.18wt%。本专利技术纳米晶铝合金中Si的添加能够与Mg以及Al相互协同，不仅能够改善制备纳米晶铝合金料液的流动性，还能够提高所得纳米晶铝合金的力学强度，而适量Si的添加还能发挥Al、Cu与Si之间的协同作用，进一步提高所得纳米晶铝合金的抗拉强度、屈服强度以及疲劳寿命。但过多Si的添加则容易使所得纳米晶铝合金的伸长率降低。为此，为了使Si能够与特定组成的Al、Mg、Si以及Cu相互协同，纳米晶铝合金的原料中Si为0.7-0.8wt%，例如可以是0.7wt%、0.71wt%、0.72wt%、0.73wt%、0.74wt%、0.75wt%、0.76wt%、0.77wt%、0.78wt%、0.79wt%或0.8wt%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为0.75-0.78wt%。本专利技术中Mg的添加能够显著提高纳米晶铝合金的疲劳寿命以及抗拉强度，但在Al、Cu与Si元素的存在条件下，过多的Mg会与Si形成Mg2Si相，进而使所得纳米晶铝合金的屈服强度变低，还会使所得纳米晶铝合金的疲劳寿命下降。而过少的Mg则无法实现Si、Al与Cu的相互协同。因此，纳米晶铝合金的原料中Mg为0.7-0.8wt%，例如可以是0.7wt%、0.71wt%、0.72wt%、0.73wt%、0.74wt%、0.75wt%、0.76wt%、0.77wt%、0.78wt%、0.79wt%或0.8wt%，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为0.72-0.76wt%。本专利技术中Mg的添加量为0.7-0.8wt%，在此质量分数的添加量下，仍然存在热处理纳米晶铝合金时出现热裂的倾向；而降低Mg的添加则无法获得抗拉强度足够高的纳米晶铝合金。对此，本专利技术通过添加0.15-0.2wt%的Mn，促使Mg5Al8相的均匀沉淀，克服了Mg添加而带来的热裂倾向，在保证所得纳米晶铝合金力学性能的前提下，使所得纳米晶铝合金具有不低于2×107疲劳周次的寿命。而且，Mn的添加还能够提高所得纳米晶铝合金的延伸率，与特定含量的Cu相互配合，使退火处理后能够得到力学性能、伸长率以及疲劳寿命优良的纳米晶铝合金，因此，本专利技术纳米晶铝合金的原料中Mn为0.15-0.2wt%，例如可以是0.15wt%、0.16wt%、0.17wt%、0.18wt%、0.19wt%或0.2wt%，但不限于所列举的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米晶铝合金，其特征在于，以质量百分数计，所述纳米晶铝合金的原料组成包括：0.7-0.8wt%的Mg，0.7-0.8wt%的Si，0.15-0.2wt%的Mn，0.1-0.2wt%的Cr，0.15-0.2wt%的Cu，0.1-0.2wt%的Zn，0.1-0.2wt%的Sn，0.3-0.4wt%的Fe，余量为Al以及不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米晶铝合金，其特征在于，以质量百分数计，所述纳米晶铝合金的原料组成包括：0.7-0.8wt%的Mg，0.7-0.8wt%的Si，0.15-0.2wt%的Mn，0.1-0.2wt%的Cr，0.15-0.2wt%的Cu，0.1-0.2wt%的Zn，0.1-0.2wt%的Sn，0.3-0.4wt%的Fe，余量为Al以及不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的纳米晶铝合金，其特征在于，以质量百分数计，所述纳米晶铝合金的原料组成包括：0.72-0.76wt%的Mg，0.75-0.78wt%的Si，0.16-0.18wt%的Mn，0.12-0.16wt%的Cr，0.16-0.18wt%的Cu，0.12-0.18wt%的Zn，0.12-0.18wt%的Sn以及0.32-0.35wt%的Fe，余量为Al以及不可避免的杂质。


3.根据权利要求1或2所述的纳米晶铝合金，其特征在于，以质量百分数计，所述纳米晶铝合金的原料中Mn与Cr的总质量百分数为0.3-0.32wt%。


4.一种如权利要求1-3任一项所述纳米晶铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）按配方量熔炼原料，铸造，得到铝坯；
（2）对步骤（1）所述铝坯进行均质化处理，得到合金锭；
（3）对步骤（2）所得合金锭进行预冷轧变形，控制变形量为30-40%，得到预冷轧型材；
（4）对步骤（3）所得预冷轧型材进行预退火处理，得到预退火型材；
（5）对步骤（4）所得预退火型材进行冷轧变形，控制变形量为20-30%，得到冷轧型材；
（6）对步骤（5）所得冷轧型材进行退火处理，得到纳米晶铝合金。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述均质化处理的温度为400-540℃；
优选地，步骤（2）所述均质化处理的时间为4-6h。


6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述预冷轧变形为在双辊轧机中进行3-6道次轧制，每道次轧制的时间间隔为2-3min，且压下量逐渐降低；
优选地，步骤（3）所述预冷轧变形为在双辊轧机中进行4道次轧制，每道次轧制的压下量以合金锭原始厚度为基准，分别为15-20%、8-10%、5-6%与2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵平，王民庆，赵仲恺，闫二虎，狄崇祥，张广法，谢广文，杜芳林，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37