一种外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料冶金及铸造技术领域，具体公开了一种外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的制备方法，包括：将纳米陶瓷颗粒和纯锂粉混合均匀，将混合粉料压制成预制块，将预制块进行真空感应熔炼，完全熔化后搅拌，利用甩带法得到纳米颗粒/Li基复合材料薄带；利用真空熔炼制备铸造铝锂合金熔体，在熔体表层加入覆盖剂；对熔体进行超声振动，在超声振动期间向熔体中加入复合材料薄带，使薄带完全熔化并均匀分散，得到铝锂合金浆料；将铝锂合金浆料迅速浇入模具，经流变挤压铸造或压铸成形，制得纳米颗粒增强铸造铝锂合金。本发明专利技术方法可以在顺利加入纳米颗粒并保证其分散性的同时，显著改善铸造铝锂合金熔体质量，工艺简单、可操作性强、效率高。效率高。效率高。

A preparation method of casting Al Li alloy reinforced with nano particles

【技术实现步骤摘要】
一种外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料冶金及铸造
，更具体地，涉及一种外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于变形铝锂合金存在各向异性严重、Li含量低且较难成型复杂零件等问题，铸造铝锂合金正受到越来越多研究者的关注。但是，铸造铝锂合金往往晶粒粗大、成分偏析严重且气孔及夹杂物等缺陷较多，导致其性能难以满足结构件对材料的要求，限制了铸造铝锂合金的应用。
[0003]目前，改善铸造铝合金性能常见的两种方法是微合金化法和添加第二相陶瓷颗粒。微合金化受限于合金元素种类与含量，合金性能提升幅度有限。添加第二相陶瓷颗粒一般常用于制备颗粒增强铝基复合材料，且增强颗粒含量往往较高。传统的铝基复合材料中颗粒添加普遍以含颗粒中间合金的形式或直接加入合金熔体中(即外加法)，或在基体合金熔体中通过混合盐法、合金反应等直接生成颗粒(即原位法)，但其制备工艺流程都比较复杂，且熔炼温度较高、保温时间较长。对于铝锂合金，Li元素非常活泼，过高熔炼温度、过长熔炼时间不仅会造成吸气氧化、锂损耗严重，并且会使第二相陶瓷颗粒团聚、上浮或下沉现象严重，特别是向铝锂合金中添加纳米颗粒更加困难，致使其力学性能无法达到预期理想效果。中国专利CN108998699A公开了一种铝锂基复合材料粉末及其制备方法和应用，将KBF4、K2TiF6粉末加入铝熔体中原位反应生成TiB2颗粒。同时，中国专利CN108998700A中，公开了一种超轻质高模高强铸造铝锂合金基复合材料及其制备方法，先利用原位自生反应制备TiB2/Al母材合金，再与其他原材料一起在750～760℃下熔炼后重力铸造成形得到铝锂基复合材料。但是，这两种方式在铝锂合金中引入TiB2颗粒，混合盐法生成TiB2颗粒反应温度过高(大于800℃)、过程难以控制，通常TiB2颗粒为微米级，同时会造成吸气、氧化严重，且颗粒团聚严重、多聚集于晶界，从而导致经T6热处理后复合材料的最好抗拉强度和伸长率仅有450MPa和2.5％，严重削弱了TiB2颗粒的强化效果。基于上述原因，有必要提供一种可操作性更高、在较低温度下即可完成纳米颗粒的添加，同时确保纳米颗粒在合金中均匀分布的制备方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的制备方法，旨在解决现有铝锂合金中引入第二相陶瓷颗粒的方法中熔炼温度较高、保温时间较长，吸气氧化、锂损耗现象严重，陶瓷颗粒团聚、上浮或下沉现象严重，成分偏析严重等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1、制备纳米颗粒/Li基复合材料薄带和铸造铝锂合金熔体；
[0007]其中，所述纳米颗粒/Li基复合材料薄带是先将纳米陶瓷颗粒和纯锂粉混合均匀，将混合粉料压制成预制块，然后将所述预制块进行真空感应熔炼，待所述预制块完全熔化后搅拌，再利用甩带法得到；
[0008]所述铸造铝锂合金熔体是利用真空熔炼制备的，并在所述铸造铝锂合金熔体表层加入覆盖剂；
[0009]S2、对所述铸造铝锂合金熔体进行超声振动处理，在超声振动处理期间向所述铸造铝锂合金熔体中加入所述纳米颗粒/Li基复合材料薄带，使所述纳米颗粒/Li基复合材料薄带完全熔化并均匀分散，得到含纳米颗粒的铝锂合金浆料；
[0010]S3、将所述含纳米颗粒的铝锂合金浆料迅速浇入模具，经流变挤压铸造或压铸成形，制得纳米颗粒增强铸造铝锂合金。
[0011]优选地，步骤S1中，所述纳米陶瓷颗粒为SiC、TiN、Al2O3、Li3N、AlN和TiB2中的一种或多种颗粒，所述纳米陶瓷颗粒的平均粒径为30nm～100nm，所述锂粉的平均粒径为30μm～100μm。
[0012]优选地，步骤S1中，所述混合粉料中纳米陶瓷颗粒的质量分数小于或等于30％。
[0013]优选地，步骤S1中，所述预制块通过冷压加工而成，压制压强为10MPa～100MPa。
[0014]优选地，步骤S1中，所述预制块熔炼温度为200℃～300℃。
[0015]优选地，步骤S1中，甩带过程中转盘转速为600rpm～2800rpm。
[0016]优选地，步骤S1中，按照质量百分比计，所述铸造铝锂合金的成分包括：0.6％～3.5％Li，2％～5％Cu，0.3％～0.9％Mg，0.3％～0.8％Mn，0～0.15％Zr，0～0.15％Ti，余量为Al。
[0017]优选地，步骤S2中，所述铸造铝锂合金熔体中纳米陶瓷颗粒的添加量为0.1wt％～0.5wt％。
[0018]优选地，步骤S2中，所述超声振动处理为直接超声振动结合间接超声振动，所述直接超声振动是将超声工具头直接插入所述铸造铝锂合金熔体中进行处理，所述间接超声振动是将超声工具头作用于盛有所述铸造铝锂合金熔体的容器外壁进行处理。
[0019]优选地，所述超声振动处理的条件为：超声振动温度为660℃～720℃，超声振动时间为1min～10min，间接超声功率为2kW～3kW，直接超声功率为2kW～3kW，超声振动在惰性气体保护下进行。
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0021](1)本专利技术在保证纳米颗粒的分散性的基础上，提出一种通过低熔点纳米颗粒/Li基母材薄带向铝锂合金中添加纳米颗粒的方法。该方法通过真空熔炼法制备铝锂基体合金熔体，然后借助超声作用，对铝锂合金熔体进行超声处理的同时，向熔体中加入低熔点的纳米颗粒/Li基母材薄带，超声振动除了能促进纳米颗粒的均匀分散，还能加速薄带熔化。同时，该方法也能有效地避免熔炼温度较高、保温时间较长，吸气氧化、锂损耗现象严重，陶瓷颗粒团聚、上浮或下沉现象严重，成分偏析严重等问题。
[0022](2)本专利技术中利用真空电弧
‑
感应一体炉具有的机械搅拌功能，能有效分散熔体中纳米颗粒，并且甩带时较高的冷却速度也有利于纳米颗粒在母材薄带中均匀分布，这对后续铝锂合金熔体中颗粒分布起到很好的预分散作用。
[0023](3)本专利技术通过在超声制浆过程中引入纳米颗粒，与现有复合材料的制备方法相比，取代了在熔炼合金过程中添加第二相纳米颗粒或生成第二相纳米颗粒的步骤，改善了纳米颗粒引入效果差、效率低的问题，同时可以保障铝锂基体合金在较低熔炼温度、真空及保护气体环境条件下获得更高质量的熔体。
[0024](4)本专利技术通过直接超声与间接超声相结合的超声振动技术除了可以实现纳米颗粒与各元素的均匀分布，也可以除去合金熔体中残留的气体，起到超声除气作用；同时，超声温度较低、时间较短，这样既可以获得高质量的含纳米颗粒铝锂合金浆料，避免超声工具头损耗严重，又可以提高合金材料的铸态与热处理态性能。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中制备外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的流程示意图。
[0026]图2为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外加纳米颗粒增强铸造铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备纳米颗粒/Li基复合材料薄带和铸造铝锂合金熔体；其中，所述纳米颗粒/Li基复合材料薄带是先将纳米陶瓷颗粒和纯锂粉混合均匀，将混合粉料压制成预制块，然后将所述预制块进行真空感应熔炼，待所述预制块完全熔化后搅拌，再利用甩带法得到；所述铸造铝锂合金熔体是利用真空熔炼制备的，并在所述铸造铝锂合金熔体表层加入覆盖剂；S2、对所述铸造铝锂合金熔体进行超声振动处理，在超声振动处理期间向所述铸造铝锂合金熔体中加入所述纳米颗粒/Li基复合材料薄带，使所述纳米颗粒/Li基复合材料薄带完全熔化并均匀分散，得到含纳米颗粒的铝锂合金浆料；S3、将所述含纳米颗粒的铝锂合金浆料迅速浇入模具，经流变挤压铸造或压铸成形，制得纳米颗粒增强铸造铝锂合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述纳米陶瓷颗粒为SiC、TiN、Al2O3、Li3N、AlN和TiB2中的一种或多种颗粒，所述纳米陶瓷颗粒的平均粒径为30nm～100nm，所述锂粉的平均粒径为30μm～100μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述混合粉料中纳米陶瓷颗粒的质量分数小于或等于30％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述预制块通过冷压加工而成，压制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建宇，吴树森，郭威，吕书林，潘宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：