一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.2

【技术实现步骤摘要】
一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金领域，具体涉及一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着经济和社会的发展，汽车已逐渐进入寻常百姓家，成为人们出行生活的必备工具。中国汽车工业协会统计显示，2016年中国品牌乘用车共销售1052.86万辆，同比增长20.50％。随着新能源汽车的推广，轻量化是未来的重要趋势，铝合金在汽车上的应用率越来越高，将达到30％以上。汽车关键部件生产的高效率、低成本和高性能已成为各大汽车厂商提升产品竞争力的核心。
[0003]乘用车铝合金转向节的铸造工艺按照成型方式分为重力铸造、低压铸造、差压铸造、铸锻。按照模具形态可分为砂型铸造和金属型铸造。目前，在中国和欧洲比较流行的铝合金转向节毛坯的制造工艺为重力金属型铸造、低压金属型铸造、差压金属型铸造、铸锻工艺。另外，配合铸造模具型腔抽真空，又衍生出真空铸造这一铸造方式，从高压铸造技术上衍生出来挤压铸造在转向节的制造工艺上也有少量应用。
[0004]如CN110144478A公开了一种铝基复合材料，特指一种高强韧原位纳米颗粒增强铝基复合材料的制备装置和方法。基于设计的螺旋循环搅拌复合与挤压一体化装置，首先将铝基体合金放入螺旋循环搅拌复合装置中加热至一定的温度并熔化后，放入原位反应物，借助螺旋循环搅拌的作用实现原位纳米复合，然后将原位复合熔体直接通入螺旋挤压装置，并在螺旋挤压装置中冷却至较低温度，利用螺旋挤压装置中螺杆运动产生的大变形剪切作用，实现原位合成的纳米颗粒增强铝基复合材料中纳米颗粒“团簇”的破碎和基体晶粒的细化，最后通过挤出端模具成形获得所需形状的高强韧原位纳米颗粒增强铝基复合材料型材。
[0005]CN107267817A公开了一种高强抗疲劳原位纳米强化铝合金及其压铸方法。通过原位纳米强化和合金成分调控，并结合优化的非线性高压压铸工艺获得压铸件。借助原位纳米ZrB2增强体和纳米Al3Er析出相的尺度效应、界面效应、异质形核效应，显著提高合金的强度、抗疲劳性能和阻尼性能；与此同时，提高了Mg、Zn和Fe元素含量，并引入Mn和Ni元素，在提高强化相含量、获得高强度的同时，使Al
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Fe等有害的粗大析出相有效细化和圆顿化，并保障合金良好的压铸性能；从而，采用本专利技术合金及其压铸方法所生产的构件表现出高强塑性、高抗疲劳性、高阻尼性能以及良好的压铸性能的特点。
[0006]CN104878227A公开了一种高强铸造铝合金的制备方法，该铝合金包括如下组分：Al、Zn、Ni、Mg、Cu、Mn和Cr等，该合金通过如下步骤制得：合金配置与熔化；旋转喷吹处理；加入纳米陶瓷颗粒；超声处理；熔体浇铸；固溶处理；时效处理。与现有技术相比，优点在于：所制备的高强铸造铝合金具有均匀的微观组织、良好的强韧性匹配；采用纳米颗粒改性和功率超声处理，解决了铝合金铸造时凝固第二相粗大、分布不均的问题。
[0007]然而现有技术中的铝合金在利用时仍存在强度低，韧性差等问题。

技术实现思路

[0008]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法，通过对合金成分的调控，使其具有高强度，高韧性，同时也提高了铝合金的塑性、抗疲劳及阻尼性能。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.2
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0.7％，Cu 0.002
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0.006％，Fe 0.1
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0.6％，Mn 0.1
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0.6％，Zr 0.05
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0.2％，V 0.05
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0.2％，TiB2颗粒0.8
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1.5％，余量为Al。
[0011]本专利技术中，通过对铝合金组分的重新设计，通过调整Si、Zr、V及TiB2的含量及获得晶内和晶界包含大量且分散均匀的纳米TiB2纳米陶瓷增强体，合金析出相细小。本专利技术中，Si颗粒提供了一定的高温强度；Cu和Mg能在铝合金中形成稳定且扩散速率低的第二相，在高温下能起到强化作用；Zr和V在形成具有热稳定性的第二相的同时，还能细化铝合金组织以起到强化作用。最重要的是，TiB2颗粒是从铝熔体中原位反应自生的，与铝基体结合良好，且其作为陶瓷相强度稳定性优异。
[0012]本专利技术中，所述铝合金中Si以质量百分含量计为0.2
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0.7％，例如可以是0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％或0.7％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0013]本专利技术中，所述铝合金中Cu以质量百分含量计为0.002
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0.006％，例如可以是0.002％、0.003％、0.004％、0.005％或0.006％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术中，所述铝合金中Fe以质量百分含量计为0.1
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0.6％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]本专利技术中，所述铝合金中Mn以质量百分含量计为0.1
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0.6％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术中，所述铝合金中Zr以质量百分含量计为0.005
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0.2％，例如可以是0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.01％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％或0.2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]本专利技术中，所述铝合金中V以质量百分含量计为0.005
‑
0.2％，例如可以是0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.01％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％或0.2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]本专利技术中，所述铝合金中TiB2颗粒以质量百分含量计为0.8
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1.5％，例如可以是0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，所述TiB2颗粒的粒径为20
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400nm，例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金，其特征在于，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.2
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0.7％，Cu 0.002
‑
0.006％，Fe 0.1
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0.6％，Mn 0.1
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0.6％，Zr 0.05
‑
0.2％，V 0.05
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0.2％，TiB2颗粒0.8
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1.5％，余量为Al。2.如权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述TiB2颗粒的粒径为20
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400nm；优选地，所述TiB2颗粒的截面形状为长方形或六边形。3.如权利要求1或2所述铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将铝锭熔化并升温，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体；(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述升温的终点温度为880
‑
1000℃。5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:(0.8
‑
1)。6.如权利要求3
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述中间合金包括Al
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50％Cu合金、Al
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20％Fe合金、Al
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10％Mn合金、Al
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10％Zr合金和Al
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5％V合金。7.如权利要求3
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6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述精炼剂包括氯盐和/或氟盐；优选地，所述氯盐包括氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润哲，胥洲，陈学罡，王建忠，马乃恒，
申请(专利权)人：安徽相邦复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：