铝基复合材料及其加工方法技术

本发明专利技术揭示了一种铝基复合材料，包括按质量百分比计的如下成分：Mg 0.4～0.8％，Si 0.9～1.5％，Cu 0.6～1.5％，Mn≤0.20％，Cr≤0.10％，Ti≤0.05％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；还包括质量百分比为0.1～7％的外部增强物，所述外部增强物为碳纤维、碳纳米管、石墨烯、气凝胶颗粒中的一种或多种。本发明专利技术还涉及该铝基复合材料的加工方法为：将原料熔炼后，加入外部增强物，再进行浇铸成型，最后对铸棒进行均质、挤压及时效处理，得到高性能的铝基复合材料。本发明专利技术通过选择铝基体成分、增强物种类及其添加工艺和后续变形工艺的组合，使得铝基复合材料具有较好的性能，且有利于规模化量产，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
铝基复合材料及其加工方法


[0001]本专利技术涉及有色金属
，尤其是一种铝基复合材料及其加工方法。

技术介绍

[0002]铝合金由于具有轻质、中等强度以及良好的表面处理效果(如阳极氧化)，因而被广泛用于交通运输、航空航天及消费性电子等领域。如6063铝合金的典型屈服强度为230MPa，可用于建筑门窗料或者汽车内饰件；6061铝合金的典型屈服强度为290MPa，可用于对结构强度有要求的部件；而更高强度的6系铝合金如6013/6056铝合金，则可用于航空航天等领域的高强部件；此外7系铝合金的强度比6系铝合金的强度更高，主要用于航空航天领域。6系及7系铝合金相比钢铁更加轻质，但前者的弹性模量比钢铁低。
[0003]从抵抗材料变形的角度考虑，需要提高材料的弹性模量、屈服强度或者抗拉强度(最大均匀塑性)，而弹性模量的提升对提高材料抵抗外力变形的效果更明显。对于屈服强度或者抗拉强度，通过各种强化机理，如晶粒细化、时效强化、固溶强化等，都可以实现显著提升，如专利CN110157962B公开了通过合金化的方式提高铝材力学性能，以及专利CN104561860B揭示了通过淬火时效将铝合金的抗拉强度提升至420MPa。而弹性模量则反映了材料原子间的结合能力，通过常规的方式并不能显著提高。如6063铝合金的弹性模量为69GPa，6061铝合金的弹性模量为69GPa，7075铝合金的弹性模量为72GPa，在将材料的合金化程度由～2wt％(6063/6061)提高至～10wt％(7075)的情况下，弹性模量只轻微地提升了4.3％，而且改变了材料的合金体系，由6系Al
‑
Mg
‑
Si合金变为7系Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu合金，由相对耐腐蚀合金变为不耐腐蚀合金；此外，这种通过提高合金化程度实现提高铝合金强度的方式，也会降低材料的导热性能，如6063铝合金的导热系数为210W/(m
·
K)，而6061铝合金的导热系数为170W/(m
·
K)，7075铝合金的导热系数甚至为130W/(m
·
K)。
[0004]在铝合金的外部添加增强颗粒/粒子/纤维或者以自生成的方式加入上述物质，可显著提升材料的导热性能、弹性模量以及强度性能。如专利CN109628801A中通过熔炼碳化硅气凝胶(5～50wt％)与纯铝粉的预制块制备铝基复合材料，复合材料的强度性能获得较大的提高，但导热系数反而出现下降，此外该专利采用真空铸造的方式获得复合材料不适合批量生产，且复合材料在真空熔铸过程中容易产生团聚，造成性能的不均匀；专利CN109554588A、CN110408808A及CN103555982A等采用烧结法制备铝基复合材料，只适用于制备较小的样品，不可大规模量产；专利CN1318623C采用自生成法制备了TiB颗粒复合的高Mg的铝合金材料，该材料存在复合颗粒均匀性问题，以及塑性低无法工程应用等问题
[0005]因此，有必要提供一种新的铝基复合材料及其加工方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术在提高铝合金弹性模量和导热性能的不足，提供一种高性能的铝基复合材料及其加工方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种铝基复合材料，所述铝基复合材料的铝基体包括按质量百分比计的如下成分：Mg 0.4～0.8％，Si 0.9～1.5％，Cu 0.6～1.5％，Mn≤0.20％，Cr≤0.10％，Ti≤0.05％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；还包括质量百分比为0.1～7％的外部增强物，所述外部增强物为碳纤维、碳纳米管、石墨烯、气凝胶颗粒中的一种或多种。
[0009]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述外部增强物的尺寸小于1微米。
[0010]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述外部增强物的尺寸为0.1～1微米。
[0011]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述外部增强物的表面镀有镍元素或者铜元素。
[0012]为实现上述目的，本专利技术还采用如下技术方案：
[0013]一种铝基复合材料的加工方法，包括以下步骤：
[0014]S1：在铸造炉内加入按照材料成分配比的固体纯铝块及中间合金，并加热使其熔化，形成熔体；
[0015]S2：将干燥的外部增强物装入开有小孔的石墨钟罩内，并压入熔体；
[0016]S3：添加完外部增强物后，不断搅拌熔体，再进行浇铸成型；
[0017]S4：对浇铸成型形成的铸棒进行均质、挤压及时效处理。
[0018]作为本专利技术进一步改进的技术方案，步骤S2中，在熔体温度为720～900℃时将外部增强物压入熔体，并保持10～60min。
[0019]作为本专利技术进一步改进的技术方案，步骤S3中，加入外部增强物并搅拌熔体后，在熔体温度为700～800℃时进行浇铸，在浇铸过程中，使用的冷却水的温度不超过25℃。
[0020]作为本专利技术进一步改进的技术方案，步骤S4中，均质处理采用530～575℃保温8～30h后冷却。
[0021]作为本专利技术进一步改进的技术方案，步骤S4中，均质处理后将材料加热至530～560℃进行挤压处理，挤压出口温度不低于535℃。
[0022]作为本专利技术进一步改进的技术方案，步骤S4中，时效处理采用180～200℃保温4～20h。
[0023]相较于现有技术，本专利技术的铝基复合材料及其加工方法的有益效果在于：
[0024](1)通过合理选择铝基体的成分和配比，提高合金几何变形必要位错的密度以及整体加工硬化能力，改善添加外部增强物后可能造成的应变集中；
[0025](2)使用特定的外部增强物，其内部孔隙率高，具有质轻、耐高温、耐腐蚀及热膨胀系数小等特点，能够有效保持合金基体密度，提高基体强度；
[0026](3)本方案的外部增强物通过本方案的加工方法处理后，外部增强物的尺寸由微米级变成纳米级，提高复合材料真的整体强度和力学性能；
[0027](4)本方案通过选择铝基体成分、增强物种类及其添加工艺和后续变形工艺的组合，使得铝基复合材料具有较好的性能，且有利于规模化量产，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例4的扫描电镜照片。
具体实施方式
[0029]下面将结合附图详细地对本专利技术示例性具体实施方式进行说明。如果存在若干具体实施方式，在不冲突的情况下，这些实施方式中的特征可以相互组合。当描述涉及附图时，除非另有说明，不同附图中相同的数字表示相同或相似的要素。以下示例性具体实施方式中所描述的内容并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式；相反，它们仅是与本专利技术的权利要求书中所记载的、与本专利技术的一些方面相一致的装置、产品和/或方法的例子。
[0030]在本专利技术中使用的术语是仅仅出于描述具体实施方式的目的，而非旨在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝基复合材料，其特征在于：所述铝基复合材料的铝基体包括按质量百分比计的如下成分：Mg 0.4～0.8％，Si 0.9～1.5％，Cu 0.6～1.5％，Mn≤0.20％，Cr≤0.10％，Ti≤0.05％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；还包括质量百分比为0.1～7％的外部增强物，所述外部增强物为碳纤维、碳纳米管、石墨烯、气凝胶颗粒中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的铝基复合材料，其特征在于：所述外部增强物的尺寸小于1微米。3.根据权利要求2所述的铝基复合材料，其特征在于：所述外部增强物的尺寸为0.1～1微米。4.根据权利要求3所述的铝基复合材料，其特征在于：所述外部增强物的表面镀有镍元素或者铜元素。5.一种铝基复合材料的加工方法，用于加工权利要求1
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4任一项所述的铝基复合材料，其特征在于，包括以下步骤：S1：在铸造炉内加入按照材料成分配比的固体纯铝块及中间合金，并加热使其熔化，形成熔体；S2：将干燥的外部增强物装入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿，钟皓，杨达彬，
申请(专利权)人：广东中色研达新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：