[發(fā)明專利]一種用超聲波震蕩鑄造制備高強可溶解鋁合金材料的方法

有效

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• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108265212B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫良;黨墨含;趙飛;高倩;雷書賓;周勇
• 申請（專利權(quán)）人: 西安石油大學
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/02;C22B9/02
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 第五思軍

一種用超聲波震蕩鑄造制備高強可溶解鋁合金材料的方法，利用超聲波對熔體進行震蕩細化以及在熔體澆注凝固過程中利用超聲波對鋁合金晶粒進一步細化制備出高強可溶解鋁合金材料的方法。所述的利用超聲波制備出高強可溶解鋁合金材料中Al含量為50?98wt.%，Zn含量為1?30wt.%，Sn含量為0.1?10wt.%，Ga含量為0.1?5wt.%，In含量為0.1?5wt.%。本發(fā)明通過在制備高強可溶解鋁合金的熔體中加入超聲波對熔體進行震蕩處理，并在隨后的熔體澆鑄凝固過程中利用超聲波對鋁合金晶粒進行進一步細化。經(jīng)過本發(fā)明處理后的可溶解鋁合金組織更為細化并具有優(yōu)良的力學性能和機械性能，能夠獲得一種高強可溶解鋁合金材料，使其在工程領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用超聲波震蕩鑄造制備高強可溶解鋁合金材料的方法。

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，其密度低、強度高、塑性好，可加工成各種型材，并具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，因此在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。

近年來，可溶解鋁合金材料由于其具有良好的力學性能及較低的成本，使其在油田上的應(yīng)用受到了越來越廣泛的關(guān)注。在油氣田的增效開采技術(shù)中，需要采用壓裂球和橋塞等工具對不同作業(yè)層的施工管柱進行封堵，由于普通合金制成的壓裂球等工具如果滯留井中會延長施工周期，提高施工成本，而利用可溶解鋁合金制成的壓裂球等工具由于其具有良好的溶解性，提高了油氣田的開采率，同時也降低了成本。

為了獲得高強可溶解鋁合金材料，在鑄造過程中施加超聲波處理是一種新的既環(huán)保又安全的技術(shù)。在金屬或合金的凝固過程中施加震蕩，能夠細化晶粒，有效的提高其組織結(jié)構(gòu)及機械性能。

目前尚未有系統(tǒng)地通過向Al-Zn-Sn-Ga-In合金中施加超聲波處理以獲得高強可溶解鋁合金的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用超聲波震蕩鑄造制備高強可溶解鋁合金材料的方法，即在制備高強可溶解鋁合金的熔體中加入超聲波對熔體進行震蕩處理，并在隨后的熔體澆注凝固過程中利用超聲波對鋁合金晶粒進行進一步細化，使所制備的可溶解鋁合金材料具有良好的力學性能和機械性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用超聲波震蕩鑄造制備高強可溶解鋁合金材料的方法，其特征在于，可溶解鋁合金材料中Al含量為50-98wt.%，Zn含量為1-30wt.%，Sn含量為0.1-10wt.%，Ga含量為0.1-5wt.%，In含量為0.1-5wt.%，具體制備工藝如下：

1）將純度99.99%的鋁錠放入井式電阻爐中，熔煉溫度范圍為680-800℃，使之熔融成為鋁液；

2）向熔融的鋁液中按上述質(zhì)量百分比依次加入Zn、Sn、Ga、In等元素并充分攪拌，在680-800℃下保溫靜置1-2h，使之成為均勻鋁合金熔體；

3）去除熔體表面的浮渣，在超聲波功率為200W-1000W和超聲波頻率為20kHz-50kHz條件下，將超聲波變幅桿插入到保溫靜置并去除浮渣后的鋁合金熔體中，深度2-5cm處對鋁合金熔體進行震蕩處理50s-120s，得到超聲波處理后的鋁合金熔體；

4）將超聲波變幅桿作用在鑄型的側(cè)方和底部，并將去除浮渣后的鋁合金熔體澆注到預(yù)熱好的石墨鑄型中，在超聲波功率為200W-1000W和超聲波頻率為20kHz-50kHz條件下，從不同方向分別對澆注過程進行超聲波處理，對鋁合金晶粒進行進一步細化，得到一種高強可溶解鋁合金材料。

本發(fā)明的有益效果：

1）本發(fā)明在制備高強可溶解鋁合金的熔體中加入超聲波對熔體進行震蕩處理，能夠細化可溶解鋁合金的鑄造顯微組織，并在隨后的熔體澆注凝固過程中利用超聲波對鋁合金晶粒進行進一步細化，能夠提高可溶解鋁合金的力學性能和機械性能，從而獲得一種高強可溶解鋁合金材料。