本發(fā)明涉及一種高性能鋁合金材料的制備方法，屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平和思想素質(zhì)不斷提高，對環(huán)境保護的意識也越來越強，在當今節(jié)能減排的主旋律下，低排放已成為市場需求必然的趨勢，由于鋁合金具有密度低、強度高、耐腐蝕性、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、可塑造、可加工、可焊接、重量輕等優(yōu)良性能，目前鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。
鋁合金的化學(xué)性質(zhì)活潑，在干燥空氣中鋁的表面立即形成一層薄而致密的氧化膜。但鋁合金的硬度低、耐磨性差，腐蝕電位較負，表層氧化膜易受強酸和強堿的腐蝕，這些缺點嚴重限制了鋁合金的應(yīng)用。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能，物理性能和抗腐蝕性能。硬鋁合金屬ai-cu-mg系，一般含有少量的mn，可熱處理強化。其特點是硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬al-cu-mg-zn系，可熱處理強化，是室溫下強度最高的鋁合金，但耐腐蝕性差，高溫軟化快。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對目前鋁合金硬度低，高溫軟化快及耐腐蝕性差的問題，本發(fā)明首先以鋁粉、鎂粉及銅粉作為基料，以硅酸作為外加劑結(jié)合部分金屬，通過高溫熔融及水淬，有效改善了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，獲得中間體，隨后與氧化鋅、石墨、碳酸鉻等混合物高溫球磨混合物，通過添加鐵和鋰控制晶粒成長，增加高溫強度，利用石墨在高溫下與中間體內(nèi)的二氧化硅形成碳化硅，提高耐溫性及抗腐蝕性，再通過鈷和鉻控制晶粒尺寸，提高合金的機械性能，從而獲得高性能鋁合金材料，本發(fā)明制備的高性能鋁合金材料硬度高，耐溫性強及耐腐蝕性強。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是：
（1）按重量份數(shù)計，取60～70份鋁粉、20～25份鎂粉、12～16份銅粉及3～4份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量4～6倍的直徑為50mm的鋼球，使用氮氣將球磨罐中的空氣排出，設(shè)定球磨罐內(nèi)的溫度為40～45℃，以300r/min球磨2～3h，收集球磨混合料；
（2）將上述球磨混合料放入坩堝中，并將坩堝置于壓機中，以30～35mpa擠壓20～30min，再將坩堝放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為990～1100℃，熔融30～50min，隨后自然冷卻至110～150℃，將坩堝取出放入5℃水中浸泡10～15min，收集坩堝內(nèi)的混合物；
（3）將上述坩堝內(nèi)的混合物放入120℃干燥箱中干燥過夜，收集干燥物，按重量份數(shù)計，取45～50份干燥物、10～12份石墨、4～6份氧化鋅、3～5份碳酸鐵、1～2份碳酸鋰、0.9～1.3份氧化鈷及0.3～0.9份碳酸鉻，放入攪拌機中，使用氮氣保護，攪拌溫度為200～300℃，以1000r/min攪拌7～10min，收集攪拌混合物；
（4）將上述攪拌混合物放入模具中，再將模具置于壓機中，以700～750mpa壓制30～40min，隨后將模具置于燒結(jié)爐中，使用氮氣保護，以10℃/min升溫至800～850℃，預(yù)熱20～25min，再以5℃/min升溫至1050～1150℃，保溫2～3h后，以50℃/min降溫至室溫，將模具取出進行脫模，收集脫模物，即可得高性能鋁合金材料。
經(jīng)檢測本發(fā)明指標的高性能鋁合金材料得：抗拉強度為890～912mpa，屈服強度為797～828mpa，硬度為113～121hb，沖擊韌性22～23j/cm2，耐腐蝕性較傳統(tǒng)鋁合金提高2～3倍，耐高溫度較傳統(tǒng)鋁合金提高200～400℃。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備的高性能鋁合金材料硬度高，耐溫性強及耐腐蝕性強，可廣泛應(yīng)用于汽車、機械制造、船舶等領(lǐng)域；
（2）本發(fā)明制備的高性能鋁合金材料制備工藝簡單、參數(shù)易控，生產(chǎn)過程安全環(huán)保，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施方式
按重量份數(shù)計，取60～70份鋁粉、20～25份鎂粉、12～16份銅粉及3～4份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量4～6倍的直徑為50mm的鋼球，使用氮氣將球磨罐中的空氣排出，設(shè)定球磨罐內(nèi)的溫度為40～45℃，以300r/min球磨2～3h，收集球磨混合料；將上述球磨混合料放入坩堝中，并將坩堝置于壓機中，以30～35mpa擠壓20～30min，再將坩堝放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為990～1100℃，熔融30～50min，隨后自然冷卻至110～150℃，將坩堝取出放入5℃水中浸泡10～15min，收集坩堝內(nèi)的混合物；將上述坩堝內(nèi)的混合物放入120℃干燥箱中干燥過夜，收集干燥物，按重量份數(shù)計，取45～50份干燥物、10～12份石墨、4～6份氧化鋅、3～5份碳酸鐵、1～2份碳酸鋰、0.9～1.3份氧化鈷及0.3～0.9份碳酸鉻，放入攪拌機中，使用氮氣保護，攪拌溫度為200～300℃，以1000r/min攪拌7～10min，收集攪拌混合物；將上述攪拌混合物放入模具中，再將模具置于壓機中，以700～750mpa壓制30～40min，隨后將模具置于燒結(jié)爐中，使用氮氣保護，以10℃/min升溫至800～850℃，預(yù)熱20～25min，再以5℃/min升溫至1050～1150℃，保溫2～3h后，以50℃/min降溫至室溫，將模具取出進行脫模，收集脫模物，即可得高性能鋁合金材料。
實例1
按重量份數(shù)計，取60份鋁粉、20份鎂粉、12份銅粉及3份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量4倍的直徑為50mm的鋼球，使用氮氣將球磨罐中的空氣排出，設(shè)定球磨罐內(nèi)的溫度為40℃，以300r/min球磨2h，收集球磨混合料；將上述球磨混合料放入坩堝中，并將坩堝置于壓機中，以30mpa擠壓20min，再將坩堝放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為990℃，熔融30min，隨后自然冷卻至110℃，將坩堝取出放入5℃水中浸泡10min，收集坩堝內(nèi)的混合物；將上述坩堝內(nèi)的混合物放入120℃干燥箱中干燥過夜，收集干燥物，按重量份數(shù)計，取45份干燥物、10份石墨、4份氧化鋅、3份碳酸鐵、1份碳酸鋰、0.9份氧化鈷及0.3份碳酸鉻，放入攪拌機中，使用氮氣保護，攪拌溫度為200℃，以1000r/min攪拌7min，收集攪拌混合物；將上述攪拌混合物放入模具中，再將模具置于壓機中，以700mpa壓制30min，隨后將模具置于燒結(jié)爐中，使用氮氣保護，以10℃/min升溫至800℃，預(yù)熱20min，再以5℃/min升溫至1050℃，保溫2h后，以50℃/min降溫至室溫，將模具取出進行脫模，收集脫模物，即可得高性能鋁合金材料。
經(jīng)檢測本發(fā)明指標的高性能鋁合金材料得：抗拉強度為890mpa，屈服強度為797mpa，硬度為113hb，沖擊韌性22j/cm2，耐腐蝕性較傳統(tǒng)鋁合金提高2倍，耐高溫度較傳統(tǒng)鋁合金提高200℃。
實例2
按重量份數(shù)計，取70份鋁粉、25份鎂粉、16份銅粉及4份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量6倍的直徑為50mm的鋼球，使用氮氣將球磨罐中的空氣排出，設(shè)定球磨罐內(nèi)的溫度為45℃，以300r/min球磨3h，收集球磨混合料；將上述球磨混合料放入坩堝中，并將坩堝置于壓機中，以35mpa擠壓30min，再將坩堝放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為1100℃，熔融50min，隨后自然冷卻至150℃，將坩堝取出放入5℃水中浸泡15min，收集坩堝內(nèi)的混合物；將上述坩堝內(nèi)的混合物放入120℃干燥箱中干燥過夜，收集干燥物，按重量份數(shù)計，取50份干燥物、12份石墨、6份氧化鋅、5份碳酸鐵、2份碳酸鋰、1.3份氧化鈷及0.9份碳酸鉻，放入攪拌機中，使用氮氣保護，攪拌溫度為300℃，以1000r/min攪拌10min，收集攪拌混合物；將上述攪拌混合物放入模具中，再將模具置于壓機中，以750mpa壓制40min，隨后將模具置于燒結(jié)爐中，使用氮氣保護，以10℃/min升溫850℃，預(yù)熱25min，再以5℃/min升溫至1150℃，保溫3h后，以50℃/min降溫至室溫，將模具取出進行脫模，收集脫模物，即可得高性能鋁合金材料。
經(jīng)檢測本發(fā)明指標的高性能鋁合金材料得：抗拉強度為912mpa，屈服強度為828mpa，硬度為121hb，沖擊韌性23j/cm2，耐腐蝕性較傳統(tǒng)鋁合金提高3倍，耐高溫度較傳統(tǒng)鋁合金提高400℃。
實例3
按重量份數(shù)計，取65份鋁粉、23份鎂粉、14份銅粉及3份硅酸，放入球磨罐中，再向球磨罐中加入鋁粉質(zhì)量5倍的直徑為50mm的鋼球，使用氮氣將球磨罐中的空氣排出，設(shè)定球磨罐內(nèi)的溫度為43℃，以300r/min球磨2h，收集球磨混合料；將上述球磨混合料放入坩堝中，并將坩堝置于壓機中，以33mpa擠壓25min，再將坩堝放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為1050℃，熔融40min，隨后自然冷卻至130℃，將坩堝取出放入5℃水中浸泡13min，收集坩堝內(nèi)的混合物；將上述坩堝內(nèi)的混合物放入120℃干燥箱中干燥過夜，收集干燥物，按重量份數(shù)計，取47份干燥物、11份石墨、5份氧化鋅、4份碳酸鐵、1.5份碳酸鋰、1.1份氧化鈷及0.6份碳酸鉻，放入攪拌機中，使用氮氣保護，攪拌溫度為250℃，以1000r/min攪拌8min，收集攪拌混合物；將上述攪拌混合物放入模具中，再將模具置于壓機中，以730mpa壓制35min，隨后將模具置于燒結(jié)爐中，使用氮氣保護，以10℃/min升溫至830℃，預(yù)熱22min，再以5℃/min升溫至1100℃，保溫2h后，以50℃/min降溫至室溫，將模具取出進行脫模，收集脫模物，即可得高性能鋁合金材料。
經(jīng)檢測本發(fā)明指標的高性能鋁合金材料得：抗拉強度為908mpa，屈服強度為812mpa，硬度為118hb，沖擊韌性22.5j/cm2，耐腐蝕性較傳統(tǒng)鋁合金提3倍，耐高溫度較傳統(tǒng)鋁合金提高300℃。