專利名稱：一種高溫塑性的鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金及其制備方法，具體是涉及一種高溫塑性的鋁合金及 其制備方法。
背景技術(shù)：
在鋁合金中鈧(Sc)、鋯(Zr)是強(qiáng)烈穩(wěn)定晶粒尺寸的元素，這些元素的存
在能使材料在較高的溫度下保持細(xì)晶的結(jié)構(gòu)，故目前提高鋁合金塑性的研究也大 都集中在含有Sc、 Zr的鋁合金系，對非Sc、 Zr鋁合金體系的鋁合金塑性的研究甚少。
提高高溫性能方法，目前主要通過細(xì)化鋁合金的晶粒來提高鋁合金的塑性， 一方面通過向鋁合金中添加鍶(Sr)、 Zr元素細(xì)化晶粒且在高溫下穩(wěn)定細(xì)晶結(jié)構(gòu)， 來提高鋁合金的高溫塑性。另外一方面，通過塑性變形如通過等徑角擠壓(ECAP) 工藝，或者高壓扭轉(zhuǎn)(HTP)工藝等強(qiáng)烈塑性變形得到超細(xì)晶的鋁合金，從而提 高鋁合金在高溫的塑性性能。但此種方法，操作難度大，對設(shè)備及工藝要求高。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，日本日立公司公布一項專利技術(shù)(JP200803 8207-A)，含有Fe (0. 2-lmass%)， Zr (0. 01-0. lmass%)， Ti (或者Ga， Ag， Ti， Si， Mg等)(0.01-0. lmaSS%)的純度大于99.95%的工業(yè)純鋁具有很好的電導(dǎo)率和 熱阻率，且比傳統(tǒng)的工業(yè)純鋁有更好的屈服強(qiáng)度和延伸率。但是這個專利仍然集 中在含Zr的鋁合金體系，對不含Zr的鋁合金的性能的高溫延伸率的提高沒有敘 述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種具有高溫塑性的鋁合金。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種制備具有高溫塑性的鋁合金的方法。 本發(fā)明的第一個目的由如下技術(shù)方案實施 一種具有高溫塑性的鋁合金包含
有如下重量百分比含量的成份:Mg〈0.6%， Si<7%， Fe<0. 15%， Ti〈0. 15%， Ga:O. 04%-0. 06%，其余Al不低于92. 01%。
所述鋁合金的高溫延伸率，在20(TC-40(TC。本發(fā)明的第二個目的由如下技術(shù)方案實施一種制備具有高溫塑性的鋁合金 的方法，包括有如下步驟將鋁合金放入熔爐中加熱，并至完全熔化后撇去鋁熔 體表面浮渣；并對熔爐繼續(xù)加溫，當(dāng)鋁熔體溫度達(dá)到740-76(TC時，加入重量百 分比為0.04-0. 06%的工業(yè)純鎵，實收率按重量百分比85-95%計算，待鎵元素完 全熔化后，充分?jǐn)嚢枰允构I(yè)純鎵和鋁熔體充分均勻混合，調(diào)整熔爐溫度至 750°C-77(TC進(jìn)行精煉、攪拌，然后靜置，撇去表面浮渣進(jìn)行澆鑄。
所述靜置，時間至少為15分鐘。
所述鎵的加入方式在精煉之前撇去表面浮渣后單獨加入鋁合金熔體中。 該方法提高的延伸率是鋁合金在200°C-400°C的高溫延伸率。 所述鋁合金以重量百分比含量為Mg<0.6%， Si〈7%， Fe<0.15%， Ti〈0. 15%， Ga〈0. 02°/。，其余Al不低于92. 05%的鋁合金為基體。
本發(fā)明的優(yōu)點的于通過在鋁合金熔體中加入鎵，提高鋁合金的高溫延伸率。 鎵在晶界偏聚增加位錯密度，加大晶格畸變而強(qiáng)化晶界；并且能有效的釘扎位錯， 并阻止晶界的運(yùn)動，從而可有效地提高合金的力學(xué)性能。同時對于含有Na元素 的熔劑處理的鋁合金，Ga和Na在高溫會形成高溫相NasGas和NaGa3，去除鋁熔 體中的鈉元素，消除了可能形成的有害元素Na元素的影響，大大提高鋁合金的 高溫塑性。本發(fā)明生產(chǎn)效率高，而且由于添加的金屬元素鎵的含量比較少，成本 相對比較低廉，且鎵通常是鋁合金中的雜質(zhì)元素，在電解鋁液中的含量一般小于 0.02wt%，且采用在電解原鋁液中直接添加純金屬鎵工藝，因此增加鎵含量的方 法不會在合金中引入其它雜質(zhì)元素。同時通過該方法得到的高溫塑性鋁合金優(yōu)點 有:添加鎵元素之后鋁合金的高溫延伸率得到明顯的提高，而且溫度越高，延伸 率提高越明顯，同時鋁合金的高溫抗拉強(qiáng)度也沒有降低；生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成 本低，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛。以變形鋁合金6063為例，當(dāng)不 外加鎵、6063合金中鎵的含量為0.02%時，合金的40(TC抗拉強(qiáng)度和延伸率分別 為13. 15Mpa， 59.75%，在合金中添加鎵并使其含量達(dá)到0. 04%后，高溫塑性的鋁 合金在40(TC條件下，抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為13.69Mpa， 94.23%，而如果鎵含 量達(dá)O. 06%后，合金在40(TC條件下，抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為13. 85Mpa，92. 96%。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。 實施例l:
選取工業(yè)純鋁做原料，鋁合金成分(重量百分比)雜質(zhì)元素Si<0.06%，
Mg<0.003%， Fe<0.1%， Ti<0. 0002%, Ga: 0.02%,其余Al不低于92. 01%。
提高工業(yè)純鋁的高溫性能的工藝具體步驟為(l)在電阻坩堝爐中加入工業(yè) 純鋁；(2)待工業(yè)純鋁完全熔化后，撇去鋁熔體表面浮渣；并對熔爐繼續(xù)加溫， 在75(TC加入工業(yè)純鎵，加入重量百分比為0.02%的工業(yè)純鎵，實收率按重量百 分比85-95%計算，待鎵元素全部熔化后，用工具充分?jǐn)嚢枰允构I(yè)純鎵和鋁熔 體充分均勻混合，(3)繼續(xù)升溫，在77(TC進(jìn)行精煉，攪拌3分鐘，然后靜置20 分鐘；(4)撇去表面浮渣在77(TC進(jìn)行澆鑄。得到具有高溫塑性的鋁合金，其包 含有如下重量百分比含量的成份Si<0.06%， Mg<0.003%， Fe<0. 1%， Ti< 0. 0002%， Ga: 0. 04%，其余Al不低于92. 01%。
當(dāng)加入鎵之后，鎵含量占工業(yè)純鋁0.04%時，工業(yè)純鋁的40(TC抗拉強(qiáng)度、 延伸率分別達(dá)到9. 39MPa， 70. 05%。而原含有0. 02%Ga的工業(yè)純鋁40(TC抗拉強(qiáng) 度、延伸率分別為8. 9MPa， 52.07%。
實施例2:
選取6063鋁合金做原料，鋁合金成分(重量百分比)Si: 0. 46%, Mg: 0. 5%， Ga: 0.02%,雜質(zhì)元素Fe: 0.15%， Ti: 0.02%，其余Al不低于92. 01%。
提高變形鋁合金6063的高溫性能的工藝具體步驟為(l)在電阻坩堝爐中加 入變形鋁合金6063; (2)待變形鋁合金6063完全熔化后，撇去鋁合金熔體表面 浮渣；并對熔爐繼續(xù)加溫，在75(TC加入工業(yè)純鎵，加入重量百分比為0.02%的 工業(yè)純鎵，實收率按重量百分比85-95%計算，待鎵元素全部熔化后，用工具充 分?jǐn)嚢枰允构I(yè)純鎵和鋁合金熔體充分均勻混合，(3)繼續(xù)升溫，在75(TC進(jìn)行 精煉，攪拌3分鐘，然后靜置20分鐘；(4)撇去表面浮渣在75(TC進(jìn)行澆鑄。得 到具有高溫塑性的鋁合金，其包含有如下重量百分比含量的成份Si: 0.46%， Mg: 0. 5%, Ga: 0. 04%，雜質(zhì)元素Fe: 0. 15%， Ti: 0. 02%，其余Al不低于92. 01%。
當(dāng)加入的鎵含量達(dá)0. 04%時，6063鋁合金在40(TC抗拉強(qiáng)度、延伸率分別達(dá) 到13. 69Mpa， 94. 23%.而原含有0. 02%鎵的上述鋁合金40(TC抗拉強(qiáng)度、延伸率 分別為13. 15Mpa， 59. 75%。實施例3:
選取6063鋁合金做原料，鋁合金成分(重量百分比)Si: 0. 46%， Mg: 0. 5%， Ga: 0.02%，雜質(zhì)元素Fe: 0.15%， Ti: 0.02%，其余Al不低于92. 01%。
提高變形鋁合金6063的高溫性能的工藝具體步驟為(l)在電阻坩堝爐中加 入變形鋁合金6063; (2)待變形鋁合金6063完全熔化后，撇去鋁合金熔體表面 浮渣；并對熔爐繼續(xù)加溫，在75(TC加入工業(yè)純鎵，加入重量百分比為0.04%的 工業(yè)純鎵，實收率按重量百分比85-95%計算，待鎵元素全部熔化后，用工具充 分?jǐn)嚢枰允购辖鹨撼浞志鶆蚧旌希?3)繼續(xù)升溫、保溫，在75(TC進(jìn)行精煉，攪 拌3分鐘，然后靜置20分鐘；(4)撇去表面浮渣在75CrC進(jìn)行澆鑄。得到具有高
溫塑性的鋁合金，其包含有如下重量百分比含量的成份Si: 0.46%， Mg: 0.5%，
Ga: 0.06%，雜質(zhì)元素Fe: 0.15%， Ti: 0.02%,其余Al不低于92.01%。
當(dāng)加入的鎵含量達(dá)0.06%時，6063鋁合金400。C抗拉強(qiáng)度、延伸率分別達(dá)到
13.85Mpa， 92.96%.而原含有0. 02%Ga的上述鋁合金40(TC抗拉強(qiáng)度、延伸率分
別為13. 15Mpa， 59. 75%。 實施例4:
選取6063鋁合金做原料，鋁合金成分(重量百分比)Si: 0. 46%, Mg: 0. 5%， Ga: 0.02%，雜質(zhì)元素Fe: 0.15%， Ti: 0.02%，其余Al不低于92. 01%。
提高變形鋁合金6063的高溫性能的工藝具體步驟為(l)在電阻坩堝爐中加 入變形鋁合金6063; (2)待變形鋁合金6063完全熔化后，撇去鋁合金熔體表面 浮渣；并對熔爐繼續(xù)加溫，在75(TC加入工業(yè)純鎵，加入重量百分比為0.04%的 工業(yè)純鎵，實收率按重量百分比85-95%計算，待鎵元素全部熔化后，用工具充 分?jǐn)嚢枰允购辖鹨撼浞志鶆蚧旌希?3)繼續(xù)升溫、保溫，在75(TC進(jìn)行精煉，攪 拌3分鐘，然后靜置20分鐘；(4)撇去表面浮渣在75(TC進(jìn)行澆鑄。得到具有高
溫塑性的鋁合金，其包含有如下重量百分比含量的成份Si: 0.46%， Mg: 0.5%，
Ga: 0.06%，雜質(zhì)元素Fe: 0.15%， Ti: 0.02%，其余Al不低于92. 01%。
當(dāng)加入的鎵含量達(dá)0. 06%時，6063鋁合金T6處理后30(TC抗拉強(qiáng)度、延伸
率分別達(dá)到75. 45Mpa， 18. 58%.而原含有0. 02%Ga的上述鋁合金30(TC抗拉強(qiáng)度、
延伸率分別為78. 19Mpa， 9. 05%。 實施例5:
選取A356鋁合金做原料，鋁合金成分(重量百分比)Si: 7%， Mg: 0.3%,Ga: 0.02%，雜質(zhì)元素Fe: 0.08%， Ti: 0.13%，其余Al不低于92. 01%。
提高鑄造A356鋁合金的高溫性能的工藝具體步驟為(l)在電阻坩堝爐中加 入鑄造A356鋁合金；(2)待鑄造A356鋁合金完全熔化后，撇去鋁合金熔體表面 浮渣；并對熔爐繼續(xù)加溫，在75(TC加入工業(yè)純鎵，加入重量百分比為0.04%的 工業(yè)純鎵，實收率按重量百分比85-95%計算，待鎵元素全部熔化后，用工具充 分?jǐn)嚢枰允购辖鹨撼浞志鶆蚧旌希?3)繼續(xù)升溫、保溫，在75(TC進(jìn)行精煉，攪 拌3分鐘，然后靜置20分鐘；(4)撇去表面浮渣在75(TC進(jìn)行澆鑄。得到具有高
溫塑性的鋁合金，其包含有如下重量百分比含量的成份Si: 7%， Mg: 0.3%， Ga:
0.06%，雜質(zhì)元素Fe: 0.08%， Ti: 0.13%，其余Al不低于92. 01%。
當(dāng)加入的鎵含量達(dá)0. 06%時，A356鋁合金T6處理后30(TC抗拉強(qiáng)度、延伸 率分別達(dá)到70. OMpa， 17. 13%。而原含有0. 02%Ga的上述鋁合金300。C抗拉強(qiáng)度、 延伸率分別為75. 67Mpa， 9. 80%。
權(quán)利要求
1、一種具有高溫塑性的鋁合金，其特征在于，其包含有如下重量百分比含量的成份Mg＜0.6％，Si＜7％，F(xiàn)e＜0.15％，Ti＜0.15％，Ga0.04％-0.06％，其余Al不低于92.01％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高溫塑性的鋁合金，其特征在于，所述 鋁合金的高溫延伸率，在200。C-400°C。
3、 一種制備如權(quán)利要求1或2所述的具有高溫塑性的鋁合金的方法，其特 征在于，其包括有如下步驟將鋁合金放入熔爐中加熱，并至完全熔化后撇去鋁 熔體表面浮渣；并對熔爐繼續(xù)加溫，當(dāng)鋁熔體溫度達(dá)到740-76(TC時，加入重量 百分比為0.04-0. 06%的工業(yè)純鎵，實收率按重量百分比85-95%計算，待鎵元素 完全熔化后，充分?jǐn)嚢枰允构I(yè)純鎵和鋁熔體充分均勻混合，調(diào)整熔爐溫度至 75(TC-77(TC進(jìn)行精煉、攪拌，然后靜置，撇去表面浮渣進(jìn)行澆鑄。
4、 如權(quán)利要求3所述的制備具有高溫塑性的鋁合金的方法，其特征在于， 所述靜置，時間至少為15分鐘。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述制備具有高溫塑性的鋁合金的方法，其特征在于， 所述鎵的加入方式在精煉之前撇去表面浮渣后單獨加入鋁合金熔體中。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述制備具有高溫塑性的鋁合金的方法，其特征在于， 該方法提高的延伸率是鋁合金在20(TC-40(TC的高溫延伸率。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述制備具有高溫塑性的鋁合金的方法，其特征在于， 所述鋁合金以重量百分比含量為Mg〈0.6%， Si〈7%， Fe〈0. 15%, Ti<0. 15%， Ga<0. 02%，其余Al不低于92. 05%的鋁合金為基體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫塑性的鋁合金及其制備方法。該具有高溫塑性的鋁合金包含有如下重量百分比含量的成份Mg＜0.6％，Si＜7％，F(xiàn)e＜0.15％，Ti＜0.15％，Ga0.04％-0.06％，其余Al不低于92.01％。該制備方法為將鋁合金放入熔爐中加熱，并至完全熔化，加入工業(yè)純鎵，待鎵元素完全熔化后，充分?jǐn)嚢枰允构I(yè)純鎵和鋁熔體充分均勻混合，調(diào)整熔爐溫度并進(jìn)行精煉、攪拌，然后靜置，撇去表面浮渣進(jìn)行澆鑄，即得。該方法大大提高鋁合金的高溫塑性，使用方便，操作簡單，成本低廉，可以明顯提高鋁合金的高溫延伸率。
文檔編號C22C21/02GK101525710SQ200910129798
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者軍 張, 林金平, 栗爭光, 利 沈, 俊 王, 王云利, 祝國梁, 趙亞軍, 趙洪生, 郭有軍, 金建華 申請人:包頭鋁業(yè)有限公司;上海交通大學(xué)