一种航空航天用高强铝合金材料的制造方法技术

本发明专利技术涉及铝合金制造技术领域，具体涉及一种航空航天用高强铝合金材料的制造方法；包括配置在高温下发生相转变的混合料；将混合料覆于铝合金胚体外，加压后形成混合料包覆层，得到复合胚体；对得到的复合胚体进行烧结；通过分段制备铝合金材料的芯材和被材，通过在铝合金胚体外设铁基合金结构可以有效提高铝合金材料的表面强度和硬度，同时通过粉末冶金方式可以令铁基材料贴合铝合金芯材，再通过高温烧结一方面可令混合料在高温下发生烧结和相转变，如氧化铝的晶型变化或低沸点金属的逸散都会在铁基合金上产生空隙及毛细结构，此时芯材的铝合金则可进入空隙及毛细结构从而令芯材和铁基间的结合更加紧密。材和铁基间的结合更加紧密。

【技术实现步骤摘要】
一种航空航天用高强铝合金材料的制造方法


[0001]本专利技术涉及铝合金制造
，具体涉及一种航空航天用高强铝合金材料的制造方法。

技术介绍

[0002]铝合金是以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一。铝合金除具有铝的一般特性外，由于添加合金化元素的种类和数量的不同又具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63～2.85g/cm3，有较高的强度(σb为110～650MPa)，比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。
[0003]随着我国航空航天事业的迅猛发展，对基础材料提出了更加苛刻的要求。在要求挤压型材截面尺寸增大，定尺长度加长的同时，要求挤压型材性能具有更高强韧性匹配。
[0004]现有铝合金型材的抗拉强度、韧性和表面硬度很难兼顾。为了同时提高铝合金材料的以上性能，现有技术中多会采取渗碳等表面处理工艺来解决，但囿于铝合金本身的性能所限其强度和表面硬度很难获得较大的提升其中公开号为CN103243246A中国专利技术专利公开了一种优质高硬度铝合金锭，以重量分数计，它由下列组分组成：Cu:2.0%～3.0%；Si:9.5%～11.5%；Mg：0～0.1%；Zn:0～2.9%；Fe:0.6～1.0%；Mn:0～0.5%；Ni：0～0.3%；Sn:0～0.15%；其它微量元素总和为0～0.25%;余量为Al；并进一步提供了上述高硬度铝合金锭的生产方法；该专利技术的铝合金锭具有强度和硬度高、力学性能稳定的优点；铝合金锭生产方法具有成本低、效率高和便于控制铝合金锭的质量等优点。
[0005]但该技术仅提供了一种基于现有技术进行工艺步骤和参数优化的方案，并没有从实质性来提高铝合金的硬度和强度。
[0006]公开号为CN106167868A的中国专利技术专利则公开了一种高强度高硬度铸造铝合金及其制备方法，解决了现有铝合金材料存在易腐蚀变形影响使用寿命的问题。一种高强度高硬度铸造铝合金，是由如下质量百分比的原料组成：锌8.0
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15.0wt.%，硅4.0
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10.0wt.%，铜1.5
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4.5wt.%，铁0.5
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2.0wt.%，锰0.03
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0.5wt.%，镁0.03
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0.5wt.%，镍0.01
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0.1wt.%，钛0.01
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0.1wt.%，余量为铝及不可避免的杂质元素。本专利技术有效地杜绝了腐蚀变形现象的发生，延长了使用寿命缩短，可用于航空航天、电子通讯、汽车及兵器等领域中的高强度高硬度结构件以及外装零件。该技术也对铝合金的制造做出了改进，但实际得到的产品硬度最高仅为110HB，这主要是由于铝基材料本身且硬度较低，因此难以通过改进的方式直接让铝基材料硬度提高到理想程度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种航空航天用高强铝合金材料的制造方法，解决以下技术问题：
（1）解决现有技术中铝合金强度和表面硬度难以获得较大提升的问题。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种航空航天用高强铝合金材料的制造方法，包括以下步骤:S1.配置在高温下发生相转变的混合料；S2.将混合料覆于铝合金胚体外，加压后形成混合料包覆层，得到复合胚体；S3.对步骤S2得到的复合胚体进行烧结获得预烧件；S4.对步骤S4得到的进行渗碳或渗氮处理即得到高强铝合金材料。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤S2中加压工艺用于使包覆层材料压紧形成包覆于铝合金胚体外的壳层。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述相变剂为β
‑
Al2O3、γ
‑
Al2O3、δ
‑
Al2O3、η
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Al2O3、ρ
‑
Al2O3、κ
‑
Al2O3、θ
‑
Al2O3、χ
‑
Al2O3、Mg或Zn中的一种。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：所述混合料包括以下重量百分比的原料：Mn0.7
‑
3.0wt%、Cr1.1
‑
2.5wt%、相变剂0.9
‑
2.2wt%、余量Fe。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：所述铝合金为Al
‑
Mg
‑
Zn合金。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：所述铝合金是由元素质量百分含量为2.2
‑
2.6%Mg、9.0
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9.7%Zn和余量的Al熔炼制成。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：步骤S3材料在烧结的同时进行渗碳或渗氮处理即得到高强铝合金材料。
[0015]作为本专利技术进一步的方案：步骤S2中的铝合金胚体由以下步骤制得：P1.将2.2
‑
2.6wt%Mg、9.0
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9.7wt%Zn、0.1
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1.9wt%Cu、0.2
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0.45wt%Mn和余量Al混合熔化，得到熔体，在670
‑
700℃浇筑至模具中；P2.将步骤P1中得到的铸件置于450
‑
500℃下进行喷砂处理，喷砂所用喷砂料为步骤S1中配置的混合料；P3.喷砂完成后将P2得到的铸件随炉冷却至室温，得到铝合金胚体。
[0016]作为本专利技术进一步的方案：步骤S1中混合料由以下步骤制得：将混合料在惰性气氛下熔融后，通过雾化熔体，雾化后的金属冷却后得到混合料粉末。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术通过分段制备铝合金材料的芯材和被材，通过在铝合金胚体外设铁基合金结构可以有效提高铝合金材料的表面强度和硬度，同时通过粉末冶金方式可以令铁基材料贴合铝合金芯材，再通过高温烧结一方面可令混合料在高温下发生烧结和相转变，如氧化铝的晶型变化或低沸点金属的逸散都会在铁基合金上产生空隙及毛细结构，此时芯材的铝合金则可进入空隙及毛细结构从而令芯材和铁基间的结合更加紧密，同时由于铁基材料的烧结作用还可以起到弥合相转变产生的微观缺陷的效果；通过在烧结时对铝合金材料进行渗碳或渗氮可提高铝合金表面的强度和硬度，同时由于相转变导致的毛细结构也可令渗碳或渗氮深度获得显著提升，从而可进一步加强其表面强度。
[0018]在采用Mg或Zn为相变剂时通过在惰性气氛下熔融混合料，由于Mg和Zn沸点低会先于其他组分进入气氛中，而后超声雾化令其余组分进入气氛，并与Mg或Zn共同冷却形成合金微粒，可有效提高混合料组分的均一度，同时由于Mg或Zn沸腾而其他组分是雾化得到的
小液滴，因此形成的合金微粒中相变剂多处于小液滴的外侧或浅层，经过加压后相变剂即位于混合料颗粒间隙处，因此更易于形成毛细结构，便于渗碳/氮和铝合金内芯与混合料结合。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空航天用高强铝合金材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:S1.配置在高温下发生相转变的混合料；S2.将混合料覆于铝合金胚体外，加压后形成混合料包覆层，得到复合胚体；S3.对步骤S2得到的复合胚体进行烧结。2.根据权利要求1所述的航空航天用高强铝合金材料的制造方法,其特征在于，所述步骤S2中加压工艺用于使包覆层材料压紧形成包覆于铝合金胚体外的壳层。3.根据权利要求2所述的航空航天用高强铝合金材料的制造方法,其特征在于，所述相变剂为β
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Al2O3、γ
‑
Al2O3、δ
‑
Al2O3、η
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Al2O3、ρ
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Al2O3、κ
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Al2O3、θ
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Al2O3、χ
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Al2O3、Mg或Zn中的一种。4.根据权利要求3所述的航空航天用高强铝合金材料的制造方法,其特征在于，所述混合料包括以下重量百分比的原料：Mn0.7
‑
3.0wt%、Cr1.1
‑
2.5wt%、相变剂0.9
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2.2wt%、余量Fe。5.根据权利要求1所述的航空航天用高强铝合金材料的制造方法,其特征在于，所述铝合金为Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔福峰，钱春晓，
申请(专利权)人：山东雪地铝业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：