[發(fā)明專利]一種輕質(zhì)高強(qiáng)粉末冶金鋁鋰合金的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011273173.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112626365A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳存廣;祁妙;陳明訓(xùn);韓未豪;董詩鵬;楊芳;郭志猛;孫春芳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00;B22F3/04;B22F3/10;B22F3/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)高強(qiáng)粉末冶金鋁鋰合金的制備方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明選擇氮化鋰、疊氮化鋰中的一種或兩種作為鋰源配制鋁鋰合金粉末，鋰含量可以從0.5wt.％到5wt.％自由調(diào)整。將配制好的粉末經(jīng)過成形、燒結(jié)、擠壓等工序得到性能優(yōu)異的粉末冶金鋁鋰合金。在燒結(jié)過程中鋁和鋰的氮化物發(fā)生反應(yīng)生成鋰和彌散分布的硬質(zhì)陶瓷相氮化鋁。與傳統(tǒng)熔鑄鋁鋰合金相比，該方法制造成本和難度低，鋰含量可達(dá)5wt.％，合金密度明顯降低，彈性模量顯著提高；生成的氮化鋁起到彌散強(qiáng)化作用，制品力學(xué)性能更加優(yōu)異。獲得的粉末冶金鋁鋰合金在航空航天、艦船、軌道交通等輕量化領(lǐng)域應(yīng)用前景巨大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)高強(qiáng)粉末冶金鋁鋰合金的制備方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

鋁鋰合金是近十幾年來航空航天金屬材料中發(fā)展最為迅速的一類材料。鋰是目前自然界中被發(fā)現(xiàn)的最輕的金屬元素，在鋁中加入鋰后，可以降低合金的比重，增加剛度，同時(shí)仍然保持較高的強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性和優(yōu)異的抗疲勞性，以及適宜的延展性。因?yàn)檫@些特性，鋁鋰合金受到航空、航天以及航海業(yè)的廣泛關(guān)注。

目前生產(chǎn)鋁鋰合金的方法主要有三種：熔鑄法、噴射沉積法以及粉末冶金法。熔鑄法應(yīng)用最為廣泛，但存在以下問題：由于冷速較低，引起鑄造過程的偏析問題，造成鋰的加入量有限，最高只能達(dá)到2.7wt.％，密度最大降低潛力約為8％，并且鑄造晶粒較為粗大；鑄錠冷卻過程存在巨大的結(jié)晶潛熱，易發(fā)生熱脆和冷裂現(xiàn)象，造成大尺寸坯錠制備困難，成品率低。噴射沉積法在一定程度上解決了熔鑄法存在的問題，但在生產(chǎn)過程中易引入陶瓷夾雜，導(dǎo)致坯錠存在缺陷甚至開裂。粉末冶金法是通過霧化制粉、壓制成型、燒結(jié)、熱變形加工制備出高性能鋁鋰合金的工藝。傳統(tǒng)的粉末冶金工藝在制粉過程中仍需熔煉添加鋰元素，鋰氧化、揮發(fā)等問題易造成鋰的流失，造成鋰添加有限，材料成本較高，輕量化效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種輕質(zhì)高強(qiáng)粉末冶金鋁鋰合金的制備方法，解決利用傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)高鋰含量鋁鋰合金制備的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：向純鋁粉、合金元素粉或合金粉中添加鋰的氮化物進(jìn)行鋁鋰合金混合粉末配制，將配制好的混合粉末經(jīng)過成形、燒結(jié)、擠壓等工序得到性能優(yōu)異的粉末冶金鋁鋰合金。燒結(jié)過程中，鋁和鋰的氮化物反應(yīng)生成鋰和氮化鋁，氮化鋁顆粒尺寸細(xì)小(50nm以下)、硬度高、高溫穩(wěn)定性好，均勻分布在鋁基體中可起到彌散強(qiáng)化作用，使粉末冶金鋁鋰合金獲得優(yōu)異的性能。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，具體工藝步驟包括以下內(nèi)容：

1)粉末制備：將純鋁粉、合金元素粉或合金粉中一種或幾種與鋰的氮化物按照所需成分配制混合粉末，鋰在鋁鋰合金混合粉末中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5wt.％-5wt.％。

2)壓制成型：將上述混好的鋁鋰合金粉末采用冷等靜壓或模壓中的一種或兩種進(jìn)行壓制成型，壓制壓力為100-500MPa，保壓時(shí)間為30-300s。

3)燒結(jié)致密化：在真空、氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)致密化，燒結(jié)溫度為500-630℃，保溫時(shí)間為1-10h，獲得致密的粉末冶金鋁鋰合金燒結(jié)坯。

4)塑性加工：在300-500℃擠壓溫度下對上述燒結(jié)坯進(jìn)行等溫?cái)D壓，獲得輕質(zhì)高強(qiáng)粉末冶金鋁鋰合金。

進(jìn)一步地，步驟1)所述鋰的氮化物為氮化鋰或疊氮化鋰中的一種或兩種。

進(jìn)一步地，步驟1)所述混合粉末配制在真空、高純氮?dú)饣蛘吒呒儦鍤獗Ｗo(hù)氣氛中進(jìn)行，混料方式為V型混料、滾動球磨混料、振動球磨混料、行星球磨混料中的一種或幾種，混料時(shí)間為1-10h。

進(jìn)一步地，步驟4)所述等溫?cái)D壓工藝參數(shù)為：燒結(jié)坯預(yù)熱溫度300-500℃，擠壓模具溫度300-420℃，擠壓速度0.5-50mm/min，擠壓比10:1-20:1。

本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵在于：