專利名稱：一種耐熱鋁合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種耐熱鋁合金的制備方法。
背景技術(shù)：
所謂耐熱鋁合金，是指在高溫下有足夠的抗氧化性和抗拉、抗蠕變性能的鋁合金，由于其具有導(dǎo)熱性好、密度低、比性能較高和性價比高等優(yōu)點，在航空航天上得到廣泛應(yīng)用，成為鈦合金的潛在競爭材料，同時在汽車、軍工等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，對耐熱鋁合金及其制備工藝的研究和開發(fā)吸引了大量的材料領(lǐng)域工作者。
現(xiàn)有的耐熱鋁合金制備方法主要有鑄造、塑性成形和快速凝固三種。
鑄造工藝主要適用于鑄造性能好的耐熱鋁合金，鑄造工藝發(fā)展較為成熟、成本低，但其應(yīng)用受到合金鑄造工藝性能的限制，因此目前僅限于幾種特定耐熱鋁合金的制備與生產(chǎn)；而且此工藝得到的組織為鑄態(tài)組織，在鋁基體組織和析出相形態(tài)的控制方面能力有限，容易造成析出相粗化而影響耐熱性能。
塑性變形工藝適用于具有良好的塑性變形能力的耐熱鋁合金。與鑄造工藝相似，塑性變形工藝的應(yīng)用受到合金塑性成形工藝性能的限制，僅應(yīng)用于幾種特定的具有良好塑性成形工藝性能的耐熱鋁合金制備和生產(chǎn)；塑性變形工藝制備的合金耐熱性能往往不高，一般略低于鑄造耐熱合金。
伴隨著Al-Fe、Al-Cr等系列新型耐熱鋁合金的研究和開發(fā)，快速凝固方法開始用于耐熱鋁合金的制備。這類鋁合金耐熱性能投提高的基本方法是在鋁或鋁合金中加入過渡族金屬元素或鑭系元素，以形成大量彌散分布且具有熱穩(wěn)定性的析出相(以金屬間化合物為主)，這些合金元素往往在鋁液中具有較高的熔解度，固態(tài)時幾乎不固溶并有較低的擴散系數(shù)。采用常規(guī)工藝難以得到高體積比的彌散析出相，而快速凝固可以提高這些元素在鋁中的極限固溶度，并在合金中形成足夠數(shù)量的彌散粒子，制備的合金具有較好的耐熱性能。因此快速凝固方法近年正逐漸成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界關(guān)注的熱點。
現(xiàn)有快速凝固方法中最為常用的是快速凝固+粉末冶金成形(RS+PM)技術(shù)。其基本工藝路線是將熔入了合金元素的鋁合金用快速凝固方法熔體制備成粉體，然后用各種粉末冶金工藝將粉體成形，得到耐熱鋁合金件，最為常用的是粉體成型工藝是室溫下將粉末壓制成坯料，然后對坯料進行燒結(jié)。此方法存在的問題是成形的零件往往存在一定量的孔隙，致密度和相對密度(即坯料和燒結(jié)體的密度相對于致密金屬密度的百分?jǐn)?shù))不高，造成零件的力學(xué)性能受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有快速凝固+粉末冶金成形(RS+PM)方法存在的上述問題進行改進，提供一種用于制備均勻分布金屬間化合物顆粒強化的耐熱鋁合金材料的新方法。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下1)常規(guī)快速凝固方法制備固態(tài)合金，即將能和鋁形成金屬間化合物的元素加入到鋁熔體中熔解，得到合金熔體后，用快速凝固的方法將此合金熔體制備成固態(tài)合金。
2)對快速凝固得到的固態(tài)合金進行擠壓塑性變形，擠壓塑性變形的變形壓力為60～600MPa，變形溫度為20～500℃，通過擠壓塑性變形使其中的金屬間化合物相破碎。
3)將塑性變形后的固態(tài)合金加熱至半固態(tài)，加熱溫度范圍為固相線以上10℃至液相線以下10℃，然后進行半固態(tài)壓力鑄造成型，成型壓力為40～400MPa，在此過程中同時實現(xiàn)破碎金屬間化合物的顆?；蚯驁F化以及鋁基體的連續(xù)化，制得金屬間合金化合物顆粒強化的耐熱鋁合金制品。
該方法與現(xiàn)有快速凝固+粉末冶金成形(RS+PM)方法相比，不同之處有兩點一是本方法用快速凝固技術(shù)制備的固態(tài)合金，可以是粉末，也可以不是粉末而是其它形態(tài)，如顆粒狀、塊狀等；而快速凝固+粉末冶金成形方法用快速凝固技術(shù)都是制備的都是粉末。二是本方法用半固態(tài)壓力鑄造方法成形，不用進行燒結(jié)；而常規(guī)快速凝固+粉末冶金成形方法要進行燒結(jié)。
本發(fā)明的優(yōu)點是金屬間化合物相呈顆粒狀或球團狀均勻分布在鋁基體上，并且體積比可根據(jù)強化程度要求，通過調(diào)節(jié)金屬間化合物形成元素的加入量在5％～70％體積比之間大幅度調(diào)整，得到的鋁合金制品組織致密、具有良好的綜合力學(xué)性能和耐熱性能；該方法工藝簡單可行，不用進行燒結(jié)，并且制得的鋁合金件尺寸和形狀精度較高，為近終形成形。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。
實施例11)取鋁錠800克，鎳塊200克，在加熱爐中熔化，待鋁和鎳塊完全熔解后，精煉；
2)將900℃的熔體澆入氣體霧化制粉設(shè)備中，用氬氣進行快速凝固氣體霧化制粉，制得快速凝固的粉體，粒度為12～24目；3)取粉體65克，放入模具，在室溫下用壓力機進行擠壓，擠壓的壓力為600MPa，壓制成Φ30×30mm的預(yù)成型塊；4)將塑性變形后的預(yù)成型塊在加熱爐中封閉加熱到700℃，保溫1小時，呈半固態(tài)，再放入預(yù)熱致200℃的模具中，用400MPa的壓力進行半固態(tài)擠壓鑄造，制成Φ60×6mm的合金材料塊。
從擠壓鑄造得到的鋁合金材料塊上取樣，在光學(xué)顯微鏡下進行顯微組織觀察，Al3Ni金屬間化合物相呈顆粒狀彌散均勻地分布于鋁基體中。
實施例21)鋁錠800克，鎳塊200克，在加熱爐中熔化，待鋁和鎳塊完全熔解后，精煉；2)將900℃的熔體澆入氣體霧化制粉設(shè)備中，用氬氣進行快速凝固氣體霧化制粉，制得快速凝固的粉體，粒度為12～24目；3)取粉體70克，在500℃加熱20分鐘，放入預(yù)熱致200℃的模具中，用壓力機進行擠壓，擠壓的壓力為60MPa，壓制成Φ30×30mm的預(yù)成型塊；4)將塑性變形后的預(yù)成型塊在加熱爐中封閉加熱到750℃，保溫45分鐘，呈半固態(tài)，再放入預(yù)熱致300℃的模具中，用40MPa的壓力進行半固態(tài)擠壓鑄造，制成Φ60×6mm的合金材料塊。
從擠壓鑄造得到的鋁合金材料塊上取樣，在光學(xué)顯微鏡下進行顯微組織觀察，Al3Ni金屬間化合物相呈顆粒狀彌散均勻地分布于鋁基體中。
權(quán)利要求
1.一種耐熱鋁合金的制備方法，其特征是制備步驟如下1)用常規(guī)快速凝固方法制備固態(tài)合金，即將能和鋁形成金屬間化合物的元素加入到鋁熔體中熔解，得到合金熔體后，用快速凝固的方法將此合金熔體制備成固態(tài)合金；2)對快速凝固得到的固態(tài)合金進行擠壓塑性變形，擠壓塑性變形的變形壓力為60～600MPa，變形溫度為20～500℃，通過擠壓塑性變形使其中的金屬間化合物相破碎；3)將塑性變形后的固態(tài)合金加熱至半固態(tài)，加熱溫度范圍為固相線以上10℃至液相線以下10℃，然后進行半固態(tài)壓力鑄造成型，成型壓力為40～400MPa，在此過程中同時實現(xiàn)破碎金屬間化合物的顆?；蚯驁F化以及鋁基體的連續(xù)化，制得金屬間合金化合物顆粒強化的耐熱鋁合金制品。
2.一種由權(quán)利要求1所述方法制備的鋁合金制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬間化合物顆粒強化耐熱鋁合金的制備方法，將可以和鋁形成金屬間化合物的合金元素熔入到鋁熔體中后，用快速凝固的方法將此合金熔體制備成固態(tài)合金，對快速凝固得到的固態(tài)合金進行擠壓塑性變形，然后將塑性變形后的固態(tài)合金加熱致半固態(tài)，進行半固態(tài)壓力鑄造成型，得到金屬間化合物顆粒強化的耐熱鋁合金制品。本發(fā)明的優(yōu)點是金屬間化合物相呈顆粒狀或球團狀均勻分布在鋁基體上，并且體積比可根據(jù)強化程度要求，通過調(diào)節(jié)金屬間化合物形成元素的加入量在5％～70％體積比之間大幅度調(diào)整，得到的鋁合金制品組織致密、具有良好的綜合力學(xué)性能和耐熱性能；該方法工藝簡單可行，不用進行燒結(jié)，并且制得的鋁合金件尺寸和形狀精度較高，為近終形成形。
文檔編號C22C1/00GK1570173SQ20041002252
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者龍思遠(yuǎn), 游國強, 丁宇濤, 吳立鴻, 徐紹勇 申請人:重慶大學(xué)