[發明專利]一種氧化物彌散強化Al-Mg-Si鋁合金的制備方法

有效

• 申請號: 202010879936.1
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112063868B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 陳旭;張彥;劉燁;章林;陳曉瑋;秦明禮;曲選輝
• 申請（專利權）人: 湘潭大學;北京科技大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C21/08;C22C32/00;B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于先進金屬材料制備研究領域，特別提供了一種氧化物彌散強化Al?Mg?Si鋁合金的制備方法。具體包括以下步驟：前驅體粉末制備：將旋轉電極霧化鋁合金粉加入到溶液中浸漬適當時間，再選取入納米氧化物源加入到溶液中進行攪拌后烘干，得到前驅體粉末。納米氧化物包覆鋁合金粉末制備：在氣氛保護和一定溫度下，將前驅體粉末放入高速攪拌加熱爐中攪拌，納米氧化物滲入旋轉電極霧化合金粉末顆粒表層，最終得到納米氧化物包覆的鋁合金粉末，將納米氧化物包覆的鋁合金粉末進行激光熔覆成形，最終得到超細氧化物彌散分布的鋁合金。本發明為制備ODS強化Al?Mg?Si鋁合金提供了新的思路，具有生產周期短、成本低、操作方便等優點。

技術領域

本發明屬于先進金屬材料制備研究領域，特別提供了一種氧化物彌散強化Al-Mg-Si鋁合金的制備方法。

背景技術

鋁基復合材料由于具有密度低、強度高等優點，在汽車、國防、航空航天等領域有著廣闊的應用前景。Al-Mg-Si鋁合金是具有中等強度的可熱處理強化合金，主要合金元素為鎂與硅。該合金的加工性能極佳、可焊接性優良、抗腐蝕性和韌性良好，是典型的擠壓合金。研究表明，將納米氧化物顆粒引入鋁合金基體制備出的氧化物彌散強化(OxideDispersion Strengthed，ODS)鋁合金，在保持有一定塑性的條件下可大幅提升鋁合金的強度。高強度的納米氧化物可以在基體中起到阻礙位錯運動的作用，位錯運動受阻即材料獲得了強化。而且納米氧化物的熔點較高，與其他析出沉淀類第二相相比，即使在較高的使用溫度下也不會溶解，使合金具有較高的高溫強度，這將擴展鋁合金在高溫條件下的使用。另外，尺寸細小的彌散相引入基體可以顯著細化基體晶粒。綜上所述，使用納米氧化物對Al-Mg-Si鋁合金進行彌散強化是有效提升該合金綜合性能和可靠性的有效方法。

具有輕質、高強、復雜形狀的工程構件是ODS強化Al-Mg-Si鋁合金的潛在應用。但ODS強化鋁合金的硬度較高，降低了Al-Mg-Si鋁合金的加工成形性，很難通過傳統機加工方法制備出形狀復雜的工程零件，這嚴重制約了該合金的推廣應用。3D打印技術作為粉末近終成形的代表技術，適合于尺寸適中、形狀復雜零件的成形。3D打印技術中的激光熔覆成形技術由于具有成本低、產品密度高、精度高、少切削甚至無切削等一系列優點受到了廣泛的關注。

為保證近終成形過程中復雜微細結構的完整性，用于激光熔覆成形用的粉末通常需要球形的細粒徑粉末，并且對粉末的純凈度有較高的要求。然而目前制備ODS強化Al-Mg-Si鋁合金的方法為機械合金化。機械合金化工藝制備合金時，Al、Mg、Si等元素容易在機械合金化過程中氧化，最終降低合金性能。同時，高能球磨過程中粉末、球磨介質和球磨罐會進行高速碰撞，長時間的球磨導致球磨介質和球磨罐中的元素引入目標粉末中造成污染，進而影響最終材料性能。最后，機械合金化得到的粉末加工硬化嚴重，且大多數是形狀不規則粉末、粉末流動性差，只能使用一些特殊方法如包套熱擠壓、包套熱等靜壓或放電等離子燒結成形，不能滿足激光熔覆成形技術對粉末的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備ODS強化Al-Mg-Si鋁合金的方法，旨在開發一種高效方法制備具有超細氧化物彌散相的鋁合金。ODS強化Al-Mg-Si鋁合金的可設計性強、氧化物彌散相特別細小均勻。

本發明首先采用目標合金的旋轉電極霧化粉和相應的納米氧化物制備粉末前驅體，接著將粉末前驅體在特制的攪拌加熱爐中獲得超細氧化物彌散相包裹的Al-Mg-Si鋁合金粉末，最終在通過將納米氧化物包裹的Al-Mg-Si鋁合金粉末進行激光熔覆成形獲得具有復雜形狀的ODS強化鋁合金。