一种利用粉末注射成形技术制备Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的方法技术

一种利用粉末注射成形技术制备Al

【技术实现步骤摘要】
一种利用粉末注射成形技术制备Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金的方法


[0001]本专利技术提供一种利用粉末注射成形技术制备Al
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Zn
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Mg
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Cu系铝合金的方法，属于粉末冶金领域。

技术介绍

[0002]近年来，随着汽车、3C产品、5G通讯、可穿戴设备和工业机器人等领域逐渐向小型化和轻量化发展，对轻质高强的小型复杂形状结构件的需求越来越高，采用高强铝合金替代传统铁基材料是实现轻量化的重要途径。采用机械加工，铸造和3D打印等手段制备小型复杂形状铝合金零部件存在成本高和不利于大规模生产等难题。采用压制
‑
烧结工艺制备铝合金零部件也往往受限于模具的形状。金属注射成形技术在制备小型复杂形状零部件方面具有独特的优势，无需后续加工，适合大批量生产，是一种节约能源、资源、低成本的零部件加工技术。然而，将粉末注射成形技术应用于铝合金零部件的制备上，需要面临以下问题：
①
与压制工艺相比，注射成形铝合金粉末未经过塑性变形，表面的氧化膜更加完整；
②
与传统的压制
‑
烧结粉末冶金工艺相比，注射成形胚体中含有30
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40vol.％的粘结剂，在粘结剂脱除后，留有大量孔隙，使得颗粒间通过扩散烧结更加困难；
③
铝粉以及其他原料粉末在喂料制备过程以及脱脂过程中，会和空气以及粘结剂中氧和水发生反应，增加粉末表面的氧化膜厚度，进一步增加了铝合金粉末烧结致密化的难度。
[0003]目前，仅有极少数文献和专利报道了铝合金注射成形技术。Acar等人使用气雾化纯铝粉，中粒径D
50
为7.35μm，在650℃的高纯N2环境烧结60min下获得最高密度96.2％，最高的抗拉强度126Mpa，最高的硬度46HB[Acar L,Gulsoy H O.Sintering parameters and mechanical properties of injection moulded aluminium powder[J].Powder Metallurgy.2011,54(3):427
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431.]。Liu等人采用AA6061(Al
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0.95Mg
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0.65Si
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0.27Cu)合金粉为原料，通过添加Sn元素以促进烧结，研究发现合金致密度随着Sn的增加而提高，最终在2wt.％Sn时获得了致密度为97％的烧结坯，时效后抗拉强度为300MPa[Liu Z Y,Sercombe T B,Schaffer G B.Metal injection moulding of aluminium alloy 6061with tin[J].Powder Metallurgy.2008,51(1):78
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83.]。Ni等人采用Al
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Si预合金粉为原料，在550℃的高纯N2环境下烧结3h，其致密度、抗拉强度和硬度分别可达95.5％、154MPa和58HBW[Ni J,Yu M,Han K.Debinding and Sintering of an Injection
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Moulded Hypereutectic Al
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Si Alloy[J].Materials,2018,11(5):807.]。杜智渊等人使用Al、Cu、Sn单质粉和Al
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50Mg、Al
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12Si中间合金粉为原料制备Al
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4Cu
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2Mg
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0.8Si
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0.5Sn，在氮气烧结气氛下致密度达到98％以上，时效处理后抗拉强度达到400MPa[杜智渊，吴茂，邱婷婷，曲选辉.Al
‑
Cu
‑
Mg
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Si系铝合金的注射成形[J].中国有色金属学报，2019，29(11)：2471
‑
2480.]。同时，中国专利技术专利《一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法》，申请号：201711182052.5，公开了一种基于Al
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Cu
‑
Mg
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Si系的铝合金注射成形技术，其中，铝合金成分的质量百分含量为：Cu 3
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6％，Mg 1
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3％，Si 0.2
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2.0％，Sn 0.1
‑
2.0％，Al为余量的合
金体系，制备的铝合金零部件抗拉强度达到300Mpa。
[0004]综上所述，注射成形铝合金的研究主要集中在纯Al、Al
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Si体系、Al
‑
Cu
‑
Mg
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Si等合金体系，由于材料体系和增强相的种类不同，使用这些体系制备的注射成形铝合金零件的强度普遍不高，性能难以满足如今更高强度的要求，因此需借鉴传统7系高强铝合金的成分，制备Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系注射成形铝合金。但采用注射成形技术制备Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系铝合金有如下问题：
①
现有的Al
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Zn
‑
Mg
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Cu系合金都是基于铸锻铝合金的标准成分，没有适合用于注射成形工艺的Al
‑
Zn
‑
Mg
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Cu系合金成分；
②
Zn元素在Al中具有很高的扩散系数，且易挥发，在烧结过程中形成的Al
‑
Zn共晶液相具有瞬态性，且其余液相形成元素Cu含量较少，使得Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu体系中的液相量难以控制；
③
由于铝合金烧结过程中依靠液相的填隙使坯体致密化，由于Al
‑
Zn合金液相形成温度就较低(380℃)，此时传统的粘结剂体系难以挥发干净，影响合金的致密化。
[0005]本专利技术提供一种适用于注射成形技术的Al
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Zn
‑
Mg
‑
Cu系铝合金成分及其粘结剂体系，制备的铝合金材料强度高于450MPa。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种利用粉末注射成形技术制备Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系铝合金的方法。以纯铝粉为主要原料，通过合金元素成分的设计、粘结剂体系的优化、脱脂及烧结制度的优化等手段，提高注射成形铝合金致密化烧结，实现高性能复杂形状铝合金零部件的低成本大批量制备。
[0007]一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，其特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，其特征在于：以Al
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Zn
‑
Mg
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Cu合金体系为基础，添加少量Sn元素；原料粉末采用纯Al粉、Cu粉、Sn粉、Al
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50Zn粉和Al
‑
50Mg粉；将原料粉末按一定的比例混匀后，加入特定配比的蜡基粘结剂，并置于辊式混炼机上进行混炼获得喂料，通过注射成形技术制备得到生坯，经过溶剂脱脂，在高纯氮气气氛下进行热脱脂
‑
烧结一体化步骤，得到高致密度的注射成形铝合金制品。2.根据权利要求1所述的利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，其特征在于：所述的注射成形用铝合金中各合金元素的质量百分含量为：Zn 5.5
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9％、Mg 2.0
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5.0％、Cu 1.0
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4.5％和Sn 0.1
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2％，Al为余量。3.根据权利要求1所述的注射成形铝合金的制备方法，其特征在于：所述的用于注射成采用的原料粉末的粒径分别为Al：10
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30μm、Cu：10
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40μm、Sn：5
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20μm、Al
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50Zn：15
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45μm和Al
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50Mg：35
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50μm。4.根据权利要求1所述的利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，其特征在于：所述的注射成形用铝合金的粘结剂各组元的质量百分含量为：石蜡(32
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64％)、蜂蜡(0
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32％)、聚乙烯蜡(0
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32％)、低密度聚乙烯(0
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21％)、高密度聚乙烯(0
‑
23％)、聚丙烯(0
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8.5％)和硬脂酸(4
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13.5％)。5.根据权利要求1所述的利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，其特征在于：所述的注射成形用铝合金喂料的装载量为58
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66vol.％，即喂料中铝合金粉末的占总体积的58
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66％；混炼的参数为：混炼温度160
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180℃，混炼时间为1.5
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2.5h。6.根据权利要求1所述的利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，其特征在于：所述的注射成形用铝合金的注...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴茂，徐钊，刘亚茹，曲选辉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：