[發明專利]一種鋁合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201210012931.4
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102560167A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 馬賢鋒;湯華國;趙偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所杭州分所有限公司;中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C21/10;C22C21/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波;逯長明

技術領域

本發明涉及金屬復合材料領域，特別涉及鋁合金及其制備方法。

背景技術

鋁是一種在地殼中分布廣泛的金屬元素，純鋁具有質量輕、密度小、可塑性好等優點，可以進行各種機械加工。但是純鋁的強度低，因此只有通過合金化才能得到可作為結構材料使用的各種鋁合金。鋁合金以鋁為基體，可以根據不同的需要添加銅、硅、鎂、鋅、錳、鎳、鐵、鈦、鉻或鋰等金屬。鋁合金的密度低，強度和比剛度高，主要用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面。

7系鋁合金是一種高強鋁合金，具有強度高、硬度高、密度低和熱加工性能好等優點，因此在航空航天領域作為主要的結構材料并得到廣泛應用。目前，一般通過鑄錠冶煉工藝制備7系高強鋁合金，如美國利用該方法制備得到的改進型7075高強鋁合金的強度最大值可達575MPa，硬度最大值達150HB。但是，該方法對冶煉精度要求較高，如果冶煉條件控制不得當，容易出現鋁合金微觀組織粗大等情況，尤其是其中起主要增強作用的MgZn₂相，其從過飽和固溶體中析出的過程不易控制，獲得的MgZn₂增強相也比較粗大，并且其在高溫下極容易聚集、粗化，最終導致得到的合金的室溫和高溫性能均不理想，因此我國利用該技術制備的高強鋁合金最高只能達到550MPa左右的強度，難以滿足現代工業對高性能結構材料的不斷需求。采用材料復合的方法控制微觀結構，進一步提高鋁合金的性能是該材料發展的趨勢，因此需要新的方法以提高其性能。

現有技術也公開了通過粉末冶金燒結或熱壓燒結技術制備金屬基復合材料的方法，但是對于7系鋁合金而言，采用粉末冶金燒結方法或熱壓燒結方法時，其燒結時間較難掌控，如果燒結時間偏長時，金屬鋁會在燒結過程中會發生嚴重氧化；燒結時間過短時，則會出現材料難以燒結成型的問題，這兩種情況均會導致得到的鋁合金拉伸強度低、力學性能差。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種鋁合金及其制備方法，制備得到的鋁合金增強相顆粒細小，在鋁基上分布均勻，拉伸強度高，力學性能好。

本發明提供了一種鋁合金的制備方法，包括以下步驟：

將3wt％～20wt％的MgZn₂納米粉末、0.5wt％～2wt％的銅粉和79wt％～96wt％的鋁粉球磨混合，得到混合粉末；

將所述混合粉末壓力成型，得到坯體；

將所述坯體在惰性氣體保護下加熱至半固態，保溫、加壓后得到鋁合金。

優選的，所述MgZn₂粉末的粒度小于100納米。

優選的，所述銅粉和鋁粉的粒度均小于1微米。

優選的，所述球磨混合的時間為1.5h～3h。

優選的，所述加熱溫度為580℃～640℃。

優選的，所述保溫時間為3～5分鐘。

優選的，所述MgZn₂納米粉末按照以下方法制備：

將鋅粉和鎂粉球磨混合，固相反應得到微米級MgZn₂粉末；

將所述微米級MgZn₂粉末破碎得到MgZn₂納米粉末。

優選的，所述破碎的時間為8～20分鐘。

優選的，所述球磨混合的時間為1.5h～2.5h。

本發明還提供了一種鋁合金，包括：

3wt％～20wt％的MgZn₂；0.5wt％～2wt％的銅；79wt％～96wt％的鋁。

與現有技術相比，本發明在原料中直接添加MgZn₂納米粉末，配合球磨混合的方法，使混合粉末充分破碎，混合均勻，得到了納米級的增強相顆粒和亞微米級的復合金屬顆粒，有利于在制備的鋁合金中形成較小的增強相，同時納米級的增強相顆粒和亞微米級的復合金屬顆粒具有適度的活性易于進行后續操作。為了避免球磨混合后的得到的顆粒過度氧化，同時保證產品的微觀組織細小均勻，本發明隨后將由混合粉末壓制成型的坯體加熱至半固態，保溫、加壓后得到鋁合金。對半固態的坯體保溫加壓，使增強相顆粒和基體組織有效鍵合，抑制了增強相顆粒和基體組織的長大過程，避免了高溫下MgZn₂的聚集和粗化，有利于得到微觀組織細小均勻的鋁合金，從而使得到的鋁合金具有了較高的拉伸強度，力學性能得到提高。而且該方法時間較短，有效地避免了顆粒氧化影響產品性能的問題。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的MgZn₂納米粉末的XRD衍射圖譜；