[發(fā)明專利]一種納米顆粒改性鋁鋰合金材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410265449.0
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104004944B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫飛;趙勇
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州列治埃盟新材料技術(shù)轉(zhuǎn)移有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02;C22C1/10
• 代理公司: 北京連和連知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 初學(xué)平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁鋰合金材料及其制備方法，特別是涉及一種納米顆粒改性鋁鋰合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。在鋁合金中加入金屬元素鋰(Li),鋁鋰合金具有低密度、高比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的低溫性能和耐腐蝕性以及良好的超塑性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高合金的彈性模量。研究表明,在鋁合金中每添加1％的Li,可使合金密度降低3％,而彈性模量提高6％,因此,鋁鋰合金作為結(jié)構(gòu)材料具有巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。隨著航空航天工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋁鋰合金作為一種低密度、高彈性模量、高比強(qiáng)度和高比剛度的合金,在航空航天領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。

鋁鋰合金在現(xiàn)代航天產(chǎn)品中可以用于制造承受軸向壓縮在和和外部破壞應(yīng)力結(jié)構(gòu)(如液體運(yùn)載火箭的貯箱、尾部、級間段、儀器艙和頭部殼體、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈各艙段)。目前，鋁鋰合金用作航天產(chǎn)品主要分為三類：一類是焊接承力構(gòu)件，如貯箱、導(dǎo)彈殼錐等；另一類是鉚接承力結(jié)構(gòu)，如儀器艙、末段倉等；第三類是鍛件、鑄件、旋壓件和超塑成形制品等。

1957年，英國研制成功了含鋰1.1％的X-2020鋁合金。這種合金用于美國艦載超音速攻擊機(jī)的機(jī)翼和水平尾翼的蒙皮上，取代原設(shè)計(jì)中的鋁合金后，RA-5C飛機(jī)的重量減輕6％。西歐于20世紀(jì)80年代推出了8090合金材料，其化學(xué)成分如表1所示。8090鋁鋰合金是目前應(yīng)用相當(dāng)成熟的高強(qiáng)型合金，具有密度低、彈性模量高、低溫力學(xué)性能好等特點(diǎn)，它是航天產(chǎn)品選用的主要材料，但是存在塑性低、高各異性、熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

表1

綜上，目前需要一種不僅成本較低，而且具有低各異性，韌性和塑性能夠進(jìn)一步提高的鋁鋰合金材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，通過改進(jìn)合金成分，添加納米碳化硅(SiC)顆粒并根據(jù)該合金的特點(diǎn)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提供一種有效降低現(xiàn)有技術(shù)中鋁鋰合金的各向異性，同時(shí)提高合金材料的韌性和塑性，并且降低材料成本的納米顆粒改性鋁鋰合金材料及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：

一種鋁鋰合金材料，由如下重量百分比的組分組成：鋰2.0-3.5wt％，銅0.05-0.5wt％,納米碳化硅顆粒：0.05-05wt％，余量為鋁。

優(yōu)選地一種鋁鋰合金材料，由如下重量百分比的組分組成：鋰2.5-3.0wt％，銅0.1-0.3wt％,納米碳化硅顆粒：0.1-0.3wt％，余量為鋁。

優(yōu)選地一種鋁鋰合金材料，由如下重量百分比的組分組成：鋰2.75wt％，銅0.2wt％,納米碳化硅顆粒：0.2wt％，余量為鋁。

進(jìn)一步地，其中，所述納米碳化硅顆粒粒徑大于等于500nm，小于等于800nm。

本發(fā)明提供一種鋁鋰合金材料的制備方法，具有以下步驟：

1)將原料按所述質(zhì)量比混勻置于具有熔煉加熱裝置和納米碳化硅顆粒添加裝置的工頻電爐中，打開機(jī)械泵，抽取爐內(nèi)空氣20分鐘所述爐內(nèi)氣壓達(dá)到5Pa；

2)開啟所述熔煉加熱裝置，待溫度達(dá)到310℃沖入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，爐內(nèi)氣壓維持在30-35Pa，升溫，溫度控制在750℃持續(xù)3-3.5小時(shí)，熔煉為合金溶液；

3)開啟所述納米碳化硅顆粒添加裝置，按納米硅顆粒的質(zhì)量百分比將所述納米碳化硅顆粒熔入所述合金溶液；

4)開啟所述工頻電爐中的震動裝置和傾斜運(yùn)動裝置，所述電爐前后傾斜運(yùn)動30分鐘，關(guān)閉所述震動裝置和傾斜運(yùn)動裝置并保溫1-1.5小時(shí)；

5)對熔煉完成的合金液體進(jìn)行成分檢測，進(jìn)行晶向分析，確定晶粒組織在預(yù)定狀態(tài)下；

6)將合金液體保溫至700℃之后置于真空熔煉爐中再次熔煉，在700℃溫度、500-2000Pa真空度的條件下，真空熔煉20分鐘；

7)檢測氫含量至小于等于質(zhì)量分?jǐn)?shù)1×10^-7；

8)采用重力壓鑄的方式生產(chǎn)毛坯圓錠；

9)將所述完成的合金材料拉制成形、拋光處理。

進(jìn)一步地，其中在步驟2)中，所述惰性氣體為氬氣。

進(jìn)一步地，其中在步驟6)中，將所述真空熔煉爐中的真空度設(shè)置為1000Pa。

本發(fā)明還提供了上述鋁鋰合金棒在制備航天航空結(jié)構(gòu)材料中的用途。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果有：