一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法，所述鋁合金含有下述重量百分比的組分：0.1～1.0％的Ga，3.0～5.0％的Cr，0.10～0.30％的Mg，0.01～0.10％的Cu，0.001～0.005％的Ti，0.001～0.005％的Zr，以及不可避免的雜質(zhì)，余量為鋁，通過配料、混合、壓坯和熱壓燒結(jié)步驟，獲得致密度高、孔隙少、晶粒細小，具有良好的綜合機械性能的高強度摻鎵鋁合金。
【專利說明】一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁基復合材料是金屬基復合材料中最受注意的一類材料，顆粒增強鋁基復合材料近年來受到極大重視，其增強體價格較低，而且在制備上可以利用現(xiàn)有的金屬材料加工方法和設(shè)備，因而其材料成本大為降低。稀土摻雜的BaPb03光子吸收微粉尺寸細小，無法制備出預制塊，因而采用擠壓鑄造法是難以制備出復合材料的。鋁銅系鑄造鋁合金由于其較好的時效硬化能力和熱穩(wěn)定性，被用做中溫結(jié)構(gòu)材料。屬于這類典型材料有我國的ZL201與美國的242.0。ZL201鑄造鋁合金的主要化學成分及重量百分比為:Cu4.5~5.3%，Μη0.6~L0%，Ti0.15~0.35%，其余為Al，其室溫抗拉強度σ b為363MPa，300°C時ob為118MPa:242.0鑄造鋁合金的主要化學成分及其重量百分比為:Cu3.5~4.5%,Mgl.2~1.8%，Nil.7~2.3%，其余為鋁，其室溫抗拉強度σ b為275MPa，300°C時σ b為55MPa。因這兩種鑄造合金的室溫及中溫強度相對比較低，其主要應用于不超過150°C時的工作環(huán)境中。為此有必要進一步提高其力學性能，使合金具有較好的室溫和中溫抗拉強度。
[0003]而目前，在保證材料具有優(yōu)良工藝性能、實用性能和低成本生產(chǎn)的前提下，鋁合金高導材料的合金成分設(shè)計是獲得材料的高強度、高性能的第一步，合金成分的設(shè)計不僅包括加入合金元素的種類和加入量，同時需要考慮加入合金元素的相互搭配，即加入合金元素的相互比例。為了對摻雜元素進一步選擇，使其更好地發(fā)揮出改善鋁合金性能的作用，尚需要很多工作和努力。
[0004]有研究表明，元素鎵的加入可以使合金的金相形態(tài)發(fā)生明顯變化，同時由于相形態(tài)的改變也引起了合金內(nèi)元素的偏析方式出現(xiàn)新的特征，具體表現(xiàn)在各相的濃度差及其方向性的變化。由上述微觀組織帶來的變化，使鋁合金能夠顯著提高各方面的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法，使用該方法能夠明顯增強鋁合金的強度和使用壽命。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述鋁合金含有下述重量百分比的組分:0.1~1.0%的Ga，3.0~5.0%的Cr，0.10~0.30%的 Mg，0.01 ~0.10% 的 Cu，0.001 ~0.005% 的 Ti，0.001 ~0.005% 的 Zr，以及不可避免的雜質(zhì)，余量為鋁，所述制備方法，包括以下步驟；具體為，第一步:配料、混合:按照所述的重量百分比稱取相應量的鎵粉、鋁粉、鉻粉、鎂粉、銅粉、鈦粉和鋯粉，進行配料，球磨混合均勻；第二步:壓坯:將所述混好的粉料在室溫下模壓成型坯料；第三步:熱壓燒結(jié):將所述成型坯料放在石墨模具中，然后將裝有所述壓坯料的所述石墨模具放入熱壓成型裝置，以適當?shù)纳郎厮俣冗M行加熱，當溫度達到650~700°C時保溫，并開始施加壓力，維持所述壓力和保溫溫度3~5mins，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到鋁合金產(chǎn)品。[0007]所述配料步驟中，上述各組分的粉末粒度為:鎵粉100~200目、鋯粉400~600目、鉻粉200~300目、鎂粉200~300目、銅粉600~800目、鈦粉400~600目。
[0008]所述熱壓燒結(jié)步驟中，以80~90°C /min的升溫速度進行加熱，施加的壓力為30 ~40MPa。
[0009]所述最終得到鋁合金產(chǎn)品的抗拉強度為650~750MPa，硬度為300~350HV。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:通過配料、混合、壓坯和熱壓燒結(jié)步驟，獲得致密度高、孔隙少、晶粒細小，具有良好的綜合機械性能的高強度摻鎵鋁合金，能夠滿足目前市場上對高強度鋁合金的需求。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合實施例和對比例對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0012]實施例1:
[0013]高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述鋁合金含有下述重量百分比的組分:0.5% 的 Ga，3.0%的0，0.10% 的 Mg，0.01% 的 Cu，0.001% 的 Ti，0.005% 的 Zr，以及不可避免的雜質(zhì)，余量為鋁。首先，按照所述的重量百分比稱取相應量的鎵粉、鋁粉、鉻粉、鎂粉、銅粉、鈦 粉和鋯粉，進行配料，球磨混合均勻，且各組分的粉末粒度為:鎵粉100目，鉻粉400目、鎂粉300目、銅粉600目、鈦粉2000目、鋯粉600目。將所述混好的粉料在室溫下模壓成型坯料。將所述成型坯料放在石墨模具中，然后將裝有所述壓坯料的所述石墨模具放入熱壓成型裝置，以80°C /min的升溫速度進行加熱，當溫度達到700°C時保溫，并開始施加壓力，施加的壓力為30MPa，維持所述壓力和保溫溫度5mins，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到鋁合金產(chǎn)品的抗拉強度為650MPa，硬度為350HV。
[0014]實施例2:
[0015]高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述鋁合金含有下述重量百分比的組分:1.0%的6已，4.0%的0，0.20% 的 Mg，0.05% 的 Cu，0.001% 的 Ti，0.001% 的 Zr，以及不可避免的雜質(zhì)，余量為鋁。首先，按照所述的重量百分比稱取相應量的鎵粉、鋁粉、鉻粉、鎂粉、銅粉、鈦粉和鋯粉，進行配料，球磨混合均勻，且各組分的粉末粒度為:鎵粉200目，鉻粉500目、鎂粉200目、銅粉500目、鈦粉400目、鋯粉500目。將所述混好的粉料在室溫下模壓成型坯料。將所述成型坯料放在石墨模具中，然后將裝有所述壓坯料的所述石墨模具放入熱壓成型裝置，以90°C /min的升溫速度進行加熱，當溫度達到650°C時保溫，并開始施加壓力，施加的壓力為40MPa，維持所述壓力和保溫溫度3mins，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到鋁合金產(chǎn)品的抗拉強度為750MPa，硬度為320HV。
[0016]實施例3:
[0017]高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述鋁合金含有下述重量百分比的組分:0.1%的 Ga，5.0% 的。C r,0.30% 的 Mg，0.10 % 的 Cu，0.005 % 的 Ti，0.005 % 的 Zr，以及不可避免的雜質(zhì)，余量為鋁。首先，按照所述的重量百分比稱取相應量的鎵粉、鋁粉、鉻粉、鎂粉、銅粉、鈦粉和鋯粉，進行配料，球磨混合均勻，且各組分的粉末粒度為:鎵粉100目，鉻粉200目、鎂粉200目、銅粉800目、鈦粉600目、鋯粉600目。將所述混好的粉料在室溫下模壓成型坯料。將所述成型坯料放在石墨模具中，然后將裝有所述壓坯料的所述石墨模具放入熱壓成型裝置，以85°C /min的升溫速度進行加熱，當溫度達到680°C時保溫，并開始施加壓力，施加的壓力為35MPa，維持所述壓力和保溫溫度4mins，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到鋁合金產(chǎn)品的抗拉強度為700MPa，硬度為300HV。
[0018]對比例1:
[0019]將與本發(fā)明實施例組成成分相同的鋁合金，在配料、混料和壓坯后，將所述壓坯料的保溫溫度提高到700°C以上或降低到650°C以下，并調(diào)整施加的壓力大于40MPa或小于30MPa或不施加壓力，保持同樣的時間后隨爐冷卻至室溫，最終得到鋁合金產(chǎn)品的抗拉強度僅為500MPa，硬度僅為200HV。
[0020]對比例2:
[0021]改變本發(fā)明實施例鋁合金的組成元素，以常規(guī)的Zn、Ni等元素替代鎵元素，則采用同樣的配料、混料、壓坯和熱壓燒結(jié)步驟后，最終所得到的鋁合金產(chǎn)品，其抗拉強度僅為450MPa，硬度僅為 250HV。[0022]由實施例1-3和對比例I和2可以看出，通過利用根據(jù)本發(fā)明實施例的一種高強度摻鎵鋁合金材料，通過配料、混合、壓坯和熱壓燒結(jié)步驟，獲得致密度高、孔隙少、晶粒細小，具有良好的綜合機械性能的高強度摻鎵鋁合金。
[0023]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述鋁合金含有下述重量百分比的組分:0.1 ~1.0% 的 Ga，3.0 ~5.0% 的 Cr，0.10 ~0.30% 的 Mg，0.01 ~0.10% 的 Cu，0.001~0.005%的Ti，0.001~0.005%的Zr，以及不可避免的雜質(zhì)，余量為鋁，所述制備方法，包括以下步驟:第一步:配料、混合 按照所述的重量百分比稱取相應量的鎵粉、鋁粉、鉻粉、鎂粉、銅粉、鈦粉和鋯粉，進行配料，球磨混合均勻； 第二步:壓坯 將所述混好的粉料在室溫下模壓成型坯料； 第三步:熱壓燒結(jié) 將所述成型坯料放在石墨模具中，然后將裝有所述壓坯料的所述石墨模具放入熱壓成型裝置，以適當?shù)纳郎厮俣冗M行加熱，當溫度達到650~700°C時保溫，并開始施加壓力，維持所述壓力和保溫溫度3~5mins，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到鋁合金產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述配料步驟中，上述各組分的粉末粒度為:鎵粉100~200目、鋯粉400~600目、鉻粉200~300目、鎂粉200~300目、銅粉600~800目、鈦粉400~600目。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述熱壓燒結(jié)步驟中，以80~90°C /min的升溫速度進行加熱，施加的壓力為30~40MPa。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高強度摻鎵鋁合金的制備方法，其特征在于:所述最終得到鋁合金產(chǎn)品的抗拉強度為650~750MPa，硬度為300~350HV。
【文檔編號】C22C21/00GK103938035SQ201410197770
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申請人:鹽城市鑫洋電熱材料有限公司