專利名稱：一種鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輕質(zhì)高性能結(jié)構(gòu)鋁合金材料及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鋁合金以其良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的許多重要領(lǐng)域有廣泛的運(yùn)用。Al-Zn-Mg-Cu合金屬于超高強(qiáng)鋁合金，具有較高的比強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)研究超高強(qiáng)鋁合金的制坯方法與國(guó)外制坯方法基本一致，主要有傳統(tǒng)鑄造、粉末冶金、噴射成形和電磁攪拌鑄造技術(shù)；材料加工主要是通過(guò)控制加工溫度、變形溫度、變形量等參數(shù)來(lái)控制材料的顯微組織；熱處理包括單級(jí)、雙級(jí)固溶處理，T6時(shí)效處理，T7X過(guò)時(shí)效處理，回歸再時(shí)效(RRA)處理等。目前，主要以鑄造為主，鑄造方法簡(jiǎn)單，但存在晶粒粗大、偏析嚴(yán)重、組織疏松、固溶度低等問(wèn)題，限制了 Al-Zn-Mg-Cu-Zr系鋁合金性能的進(jìn)一步提高；粉末冶金技術(shù)在鋁合金領(lǐng)域研究相對(duì)較少，而且一般選用采用氣霧法制備的鋁合金粉末，制備工序繁瑣，損失量多，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在針對(duì)現(xiàn)有的鋁鋅鎂銅鋯系鑄造以及粉末冶金制備高強(qiáng)鋁合金的技術(shù)不足和缺陷，提供一種組分配比合理、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可有效提高鋁合金的總體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，使鋁合金的性能接近或超過(guò)現(xiàn)有鑄造或鍛造法所生產(chǎn)的制品。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案:
本發(fā)明提供的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，具體是:按照合金成分，取Al、Zn、Mg、Cu、Zr純?cè)胤勰┡淞?，按質(zhì)量計(jì)，其中Zn 5.0 6.5%，Mg 1.7 2.1%，Cu 1.6 2.1%，Zr 0.17^0.25%，余量為Al，各組分之和為100% ;然后將球磨混合均勻的復(fù)合粉末裝在預(yù)先制好的模具內(nèi)進(jìn)行低溫高壓真空熱壓燒結(jié)，對(duì)采用低溫高壓真空熱壓燒結(jié)制備的燒結(jié)體進(jìn)行高溫固溶熱處理，燒結(jié)后的試樣進(jìn)行熱擠壓，擠壓件進(jìn)行后期熱處理得到了鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的熱壓試樣。所述Al粉純度可以為99.99%，粉末粒徑為2 11 μ m。所述Zn粉純度可以為99.50%,粉末粒徑為6 9 μ m。所述Mg粉純度可以為99.80%,粉末粒徑為15 20 μ m。所述Cu粉純度可以為99.90%,粉末粒徑小于10 μ m。所述Zr粉純度可以為99.90%,粉末粒徑為2 3 μ m。所述低溫高壓真空熱壓燒結(jié)可以在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行，燒結(jié)溫度可以為530^550 V，真空度可以彡0.0lPa,燒結(jié)時(shí)施加的壓力可以為6(T80MPa，燒結(jié)時(shí)間可以為2 5小時(shí)。所述高溫固溶熱處理可以在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行，燒結(jié)溫度可以為60(T62(TC，燒結(jié)時(shí)間可以為Γ12小時(shí)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明采用純?cè)胤勰┑姆椒ㄟM(jìn)行混料，通過(guò)球磨混料，使幾種元素粉末充分混合，然后通過(guò)低溫高壓真空熱壓燒結(jié)和高溫固溶熱處理，使鋅、鎂、銅、鋯等元素在鋁基體中固溶超過(guò)其理論固溶度，并使粉末反應(yīng)充分進(jìn)行，以獲得致密度高、孔隙率少、金屬間化合物相細(xì)小彌散分布的燒結(jié)態(tài)樣品，再進(jìn)行熱處理獲得納米尺寸分布的時(shí)效析出強(qiáng)化相，最終使得合金的組織處于多相細(xì)小彌散分布狀態(tài)，從而使其具有良好的綜合機(jī)械性能，同時(shí)，由于沒(méi)有Fe、Si等雜質(zhì)元素的影響，其性能進(jìn)一步加強(qiáng)，合金的強(qiáng)度接近或超過(guò)現(xiàn)有鑄造或鍛造的鋁鋅鎂銅系高強(qiáng)鋁合金。

綜上所述，本發(fā)明組分配比合理、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可有效提高鋁合金的總體強(qiáng)度和穩(wěn)定性；采用純?cè)胤勰?，通過(guò)混料、低溫高壓真空熱壓燒結(jié)、高溫固溶熱處理、熱擠壓、熱處理的方法，獲得晶粒細(xì)小的粉末冶金高強(qiáng)鋁合金，使其性能滿足高強(qiáng)鋁合金的要求。形成可實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的高強(qiáng)鋁合金的熱壓制備方法。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。圖2是本發(fā)明經(jīng)過(guò)低溫高壓真空熱壓燒結(jié)工藝(燒結(jié)溫度為550°C，真空度(0.0lPa，燒結(jié)壓力為60MPa，燒結(jié)時(shí)間為2h)和高溫固溶熱處理工藝(燒結(jié)溫度為600°C，真空度< 0.0lPa，燒結(jié)時(shí)間為5h)后試樣的表面物相分析圖。圖3是本發(fā)明經(jīng)過(guò)低溫高壓真空熱壓燒結(jié)工藝(燒結(jié)溫度為550°C，真空度(0.0lPa，燒結(jié)壓力為60MPa，燒結(jié)時(shí)間為2h)和高溫固溶熱處理工藝(燒結(jié)溫度為600°C，真空度彡0.0lPa，燒結(jié)時(shí)間為5h)后試樣表面的顯微結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明經(jīng)過(guò)低溫高壓真空熱壓燒結(jié)工藝(燒結(jié)溫度為550°C，真空度(0.0lPa，燒結(jié)壓力為60MPa，燒結(jié)時(shí)間為2h)和高溫固溶熱處理工藝(燒結(jié)溫度為600°C，真空度< 0.0lPa，燒結(jié)時(shí)間為5h)后對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行熱擠壓、熱處理后的斷面顯微結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出將鋁鋅鎂銅鋯五種純金屬元素粉末均勻混合，通過(guò)低溫高壓真空熱壓燒結(jié)，充分利用了熱壓燒結(jié)的優(yōu)勢(shì)，獲得致密度高、氣孔率低燒結(jié)體，將采用低溫高壓真空熱壓燒結(jié)制備的燒結(jié)體進(jìn)行高溫固溶熱處理，獲得合金化程度優(yōu)異的燒結(jié)體，進(jìn)行熱擠壓后再進(jìn)行熱處理，可改善合金的時(shí)效析出過(guò)程，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度，本發(fā)明使用的粉末純度較高、粒徑細(xì)小，盡量避免有害雜質(zhì)的加入，使得合金的性能在一定程度上得到了加強(qiáng)。本發(fā)明能夠生產(chǎn)尺寸精確的產(chǎn)品，具有操作簡(jiǎn)單、損失量少、可控性好等特點(diǎn)，擴(kuò)展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，其強(qiáng)度明顯接近或超過(guò)現(xiàn)有鑄造或鍛造的鋁鋅鎂銅系鋁合金。下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限定本發(fā)明。實(shí)施例1
實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為:Al-6.5Zn-2.lMg-2.lCu-0.17Zr (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合金配料為IOym銅粉、2 μ m鋁粉、20 μ m鎂粉、6、μ m鋅粉和2 3 μ m鋯粉。元素粉末在輕型球磨機(jī)上以150轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨24h，復(fù)合料體在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行低溫高壓真空熱壓燒結(jié)，真空度彡0.0lPa，燒結(jié)溫度為550°C，燒結(jié)時(shí)間為3h，燒結(jié)壓力為80MPa，對(duì)采用低溫高壓真空熱壓燒結(jié)的燒結(jié)體進(jìn)行高溫固溶熱處理，溫度為620°C，真空度彡0.0lPa，燒結(jié)時(shí)間12h，燒結(jié)后的試樣經(jīng)過(guò)熱擠壓，擠壓前錢模具預(yù)熱溫度為480°C，擠壓比為4:1，擠壓速率為1.4m/min，擠壓件在470°C進(jìn)行一級(jí)固溶2h，之后升溫至485°C二級(jí)固溶2h，淬入室溫水中，然后在120°C進(jìn)行一級(jí)時(shí)效24h，升溫至170°C二級(jí)時(shí)效Ih，降溫至120°C三級(jí)時(shí)效24h。合金的室溫的氣孔率彡0.01%，密度為2.82g/cm2，最大抗拉強(qiáng)度彡480MPa，硬度值為彡184HV。實(shí)施例2
實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為:Α1-6.1Ζη-2.lMg-1.6Cu_0.25Zr (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合金配料為10 μ m銅粉、10 μ m鋁粉、20 μ m鎂粉、6、μ m鋅粉和2 3 μ m鋯粉。元素粉末在輕型球磨機(jī)上以250轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨36h，復(fù)合料體在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行低溫高壓真空熱壓燒結(jié)，真空度彡0.0lPa，燒結(jié)溫度為550°C，燒結(jié)時(shí)間為2h，燒結(jié)壓力為60MPa，對(duì)采用低溫高壓真空熱壓燒結(jié)的燒結(jié)體進(jìn)行高溫固溶熱處理，溫度為600°C，真空度< 0.0lPa，燒結(jié)時(shí)間5h，燒結(jié)后的試樣經(jīng)過(guò)熱擠壓，擠壓前錢模具預(yù)熱溫度為480°C，擠壓比為4:1，擠壓速率為1.4m/min，擠壓件在470°C進(jìn)行一級(jí)固溶2h，之后升溫至485°C二級(jí)固溶2h，淬入室溫水中，然后在120°C進(jìn)行一級(jí)時(shí)效24h，升溫至160°C二級(jí)時(shí)效lh，降溫至120°C三級(jí)時(shí)效24h。合金的室溫的氣孔率彡0.12%，密度為2.81g/cm2，最大抗拉強(qiáng)度彡463MPa，硬度值為彡172HV。實(shí)施例3
實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為:Al-5.0Zn-1.7Mg_2.lCu-0.25Zr (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合金配料為10 μ m銅粉、IOym鋁粉、20 μ m鎂粉、6、μ m鋅粉和2 3 μ m鋯粉。元素粉末在輕型球磨機(jī)上以250轉(zhuǎn)/分鐘的速度球36h，復(fù)合料體在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行低溫高壓真空熱壓燒結(jié)，真空度彡0.0lPa，燒結(jié)溫度為550°C，燒結(jié)時(shí)間為4h，燒結(jié)壓力為60MPa，對(duì)采用低溫高壓真空熱壓燒結(jié)的燒結(jié)體進(jìn)行高溫固溶熱處理，溫度為610°C，真空度彡0.0lPa，燒結(jié)時(shí)間8h，燒結(jié)后的試樣經(jīng)過(guò)熱擠壓，擠壓前錢模具預(yù)熱溫度為480°C，擠壓比為4:1，擠壓速率為1.4m/min，擠壓件在470°C進(jìn)行一級(jí)固溶2h，之后升溫至485°C二級(jí)固溶2h，淬入室溫水中，然后在120°C進(jìn)行一級(jí)時(shí)效24h，升溫至160°C二級(jí)時(shí)效lh，降溫至120°C三級(jí)時(shí)效24h。合金的室溫的氣孔率彡0.09%，密度為2.79g/cm2，最大抗拉強(qiáng)度彡453MPa，硬度值為彡169HV。實(shí)施例4
實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為:Al-5.0Zn-1.7Mg_l.6Cu_0.17Zr (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合金配料為10 μ m銅粉、2 μ m鋁粉、20 μ m鎂粉、6、μ m鋅粉和2 3 μ m鋯粉。元素粉末在輕型球磨機(jī)上以150轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨24h，復(fù)合料體在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行低溫高壓真空熱壓燒結(jié)，真空度彡0.0lPa，燒結(jié)溫度為530°C，燒結(jié)時(shí)間為2h，燒結(jié)壓力為60MPa，對(duì)采用低溫高壓真空熱壓燒結(jié)的燒結(jié)體進(jìn)行高溫固溶熱處理，溫度為600°C，真空度< 0.0lPa，燒結(jié)時(shí)間4h，燒結(jié)后的試樣經(jīng)過(guò)熱擠壓，擠壓前錢模具預(yù)熱溫度為480°C，擠壓比為4:1，擠壓速率為1.4m/min，擠壓件在470°C進(jìn)行一級(jí)固溶2h，之后升溫至485°C二級(jí)固溶2h，淬入室溫水中，然后在120°C進(jìn)行一級(jí)時(shí)效24h，升溫至170°C二級(jí)時(shí)效Ih，降溫至120°C三級(jí)時(shí)效24h。合金的室溫的氣孔率彡0.01%，密度為2.78g/cm2，最大抗拉強(qiáng)度彡448MPa，硬度值為彡164HV。上述實(shí)施例中，所述輕 型球磨機(jī)可以采用QM-A型球磨機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是按照合金成分，取Al、Zn、Mg、Cu、Zr純?cè)胤勰┡淞?，按質(zhì)量計(jì)，其中Zn 5.0 6.5%，Mg 1.7 2.1%，Cu 1.6 2.1%，Zr0.17 0.25%，余量為Al，各組分之和為100% ;然后將球磨混合均勻的復(fù)合粉末裝在預(yù)先制好的模具內(nèi)進(jìn)行低溫高壓真空熱壓燒結(jié)，對(duì)采用低溫高壓真空熱壓燒結(jié)制備的燒結(jié)體進(jìn)行高溫固溶熱處理，燒結(jié)后的試樣進(jìn)行熱擠壓，擠壓件進(jìn)行后期熱處理得到了鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的熱壓試樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是所述Al粉末純度為99.99%，粉末粒徑為2 11 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是所述Zn粉純度為99.50%,粉末粒徑為6、μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是所述Mg粉純度為99.80%,粉末粒徑為15 20 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是所述Cu粉純度為99.90%,粉末粒徑小于10 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是所述Zr粉純度為99.90%,粉末粒徑為2 3 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是所述低溫高壓真空熱壓燒結(jié)在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行，燒結(jié)溫度為53(T550°C，真空度< 0.0lPa，燒結(jié)時(shí)施加的壓力為6(T80MPa，燒結(jié)時(shí)間為2飛小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，其特征是所述高溫固溶熱處理在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行，燒結(jié)溫度為60(T620°C，燒結(jié)時(shí)間為4 12小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的制備方法，具體是按照合金成分，取Al、Zn、Mg、Cu、Zr純?cè)胤勰┡淞?，按質(zhì)量計(jì)，其中Zn5.0~6.5%，Mg1.7~2.1%，Cu1.6~2.1%，Zr0.17~0.25%，余量為Al，各組分之和為100%；采用元素粉末法，通過(guò)混料、低溫高壓真空熱壓燒結(jié)、高溫固溶熱處理、熱擠壓和后期熱處理的方法，得到了鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的熱壓試樣。本發(fā)明制備的鋁鋅鎂銅鋯系高強(qiáng)鋁合金的晶粒細(xì)小均勻，并且操作簡(jiǎn)單，可控性好，拓展了鋁合金在中、高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22C21/10GK103088242SQ20131005101
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月16日
發(fā)明者沈強(qiáng), 吳傳棟, 李成章, 余侃, 羅國(guó)強(qiáng), 張聯(lián)盟, 方攀 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)