[發(fā)明專利]一種高耐熱鋁合金材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711479830.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN108179296B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉相法;高通;馬霞;劉桂亮;孫謙謙;韓夢霞
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/05
• 分類號(hào): C22C1/05;C22C21/00;C22C32/00
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，涉及一種高耐熱鋁合金材料及其制備方法。該材料由納米AlN粒子和微米級(jí)富鋁金屬間化合物組成，AlN粒子以孿晶方式聯(lián)結(jié)成三維網(wǎng)狀。其制備方法為：將工業(yè)純鋁粉、氮質(zhì)體(ZrN、TiN、CrN中的至少一種)、催化劑(石墨烯、氮化硼納米片中的至少一種)按比例混合均勻，然后壓制成預(yù)制體，隨后在真空爐中反應(yīng)，控制溫度為480～660℃，保溫時(shí)間為10～180min，即可得到該耐熱鋁合金材料。本發(fā)明材料在700℃以上溫度條件下仍能保持一定強(qiáng)度，可用于制造多種耐熱鋁合金零部件；所用工藝方法采用常規(guī)設(shè)備，無需特別裝置，成本低，操作簡便，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種高耐熱鋁合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金密度小、比強(qiáng)度高，是交通運(yùn)輸、航空航天和國防等領(lǐng)域輕量化發(fā)展的首選材料，但缺點(diǎn)是熔點(diǎn)低、不耐熱，在300℃及以上溫度環(huán)境下力學(xué)性能急劇降低，500℃以上開始熔化。輕量化發(fā)展和節(jié)能減排的急迫需要對(duì)鋁材料性能提出了更高要求，目前鋁合金材料的耐熱溫度相對(duì)較低，能在660℃以上溫度服役使用的高強(qiáng)、耐熱、抗疲勞鋁合金材料尚屬空白。比如，在低壓鑄造生產(chǎn)中，作為壓送鋁合金熔體通道的升液管是低壓鑄造機(jī)上的關(guān)鍵部件之一，要求其耐熱溫度達(dá)750℃以上，能抗鋁合金熔體長時(shí)間的沖刷和侵蝕，具有良好的氣密性和耐熱疲勞性。目前常用的升液管材料有鑄鐵和陶瓷兩種，鑄鐵升液管易變形和受腐蝕，且污染合金液，工作壽命短；陶瓷升液管抗沖擊力學(xué)性能較差、難加工、成本高，且難以回收利用。開發(fā)一種耐鋁液侵蝕、抗沖擊、熱穩(wěn)定性好、加工成本低、可回收利用的耐熱鋁合金材料可解決上述生產(chǎn)難題，并具有重要的應(yīng)用價(jià)值。此外，在交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域，高耐熱鋁合金可替代傳統(tǒng)鋼鐵耐熱材料，大大減輕動(dòng)力傳動(dòng)件或飛行器關(guān)鍵零部件的重量。因此，高耐熱鋁合金材料的開發(fā)具有重要意義。

目前，常用的耐熱鋁合金主要為Al–Cu系、Al–Si系和Al–Fe–TM–Si系。Al–Cu系應(yīng)用較早，但該系合金在高溫下基體中亞穩(wěn)θ'相粗化，導(dǎo)致高溫力學(xué)性能及抗蠕變性能下降，且其鑄造性能和耐蝕性能均較差，線膨脹系數(shù)也較大。Al–Si系耐熱鋁合金主要為Al–Si–Cu–Ni–Mg合金，多用于制造活塞等發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，該系耐熱鋁合金鑄造性能優(yōu)良，缺點(diǎn)是高溫強(qiáng)度較低。Al–Fe–TM–Si系耐熱鋁合金經(jīng)粉末冶金合成，通過快速凝固獲得高合金化的過飽和固溶體，并在隨后的加熱過程中使固溶體脫溶析出體積分?jǐn)?shù)達(dá)15％～40％熱穩(wěn)定性良好的金屬間化合物顆粒，充分發(fā)揮彌散強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化效應(yīng)。該系鋁合金材料高溫強(qiáng)度、耐熱性能均優(yōu)越于Al–Cu系和Al–Si系，但加工成本過高、密度較大、加工成型困難。此外，以上三類耐熱鋁合金，均未見在鋁熔點(diǎn)以上(660℃)服役的報(bào)道。

利用SiC、Al₂O₃等陶瓷粒子制備復(fù)合材料為提升鋁合金耐熱性能提供了新的可能，如Poletti等人(Poletti C,et al.High–temperature strength of compacted sub–micrometer aluminium powder.Acta Materialia,2010,58(10):3781–3789.)利用冷等靜壓將鋁粉壓制成塊并在燒結(jié)過程中氧化處理，得到了Al₂O₃增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，但該材料即使在520℃時(shí)也塑性較差，因而難加工成型。申請者[Ma X,et al.A novel Al matrixcomposite reinforced by nano–AlN_p network.Scientific Reports,2016,6:34919.]前期通過液固反應(yīng)法和擠壓成型制備了一種納米AlN粒子增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其350℃的拉伸強(qiáng)度達(dá)到193MPa。但該材料以純鋁為基體，不能在鋁熔點(diǎn)以上溫度服役。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高耐熱鋁合金材料及其制備方法，該材料在700℃以上溫度仍能保持一定強(qiáng)度，可用于制造多種耐熱鋁合金零部件。

本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：