本發(fā)明涉及合金材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種增強(qiáng)鋁合金制備方法。
背景技術(shù)：
顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于具有高比強(qiáng)、高比剛、高耐磨、低熱膨脹及優(yōu)良的減震性能尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異的綜合性能，是航空航天、汽車制造等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件輕量化、高性能化的理想材料，具有巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的市場前景。
目前，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法主要有粉末冶金法，噴射沉積法，攪拌復(fù)合鑄造法等多種方法。攪拌鑄造法相比粉末冶金法和噴射沉積法而言，制備工藝設(shè)備簡單，制備成本低廉，便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且可以制造出形狀復(fù)雜的零件，是目前最受重視、關(guān)注最多的復(fù)合材料制備方法。但是，該方法必須解決增強(qiáng)體顆粒與鋁熔體的潤濕性和增強(qiáng)體顆粒在鋁熔體中的均勻分散兩個關(guān)鍵技術(shù)問題，才能獲得組織致密、顆粒分散均勻、界面結(jié)合良好、性能優(yōu)異的復(fù)合材料。
石墨烯（graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格（honeycombcrystallattice）排列構(gòu)成的單層平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和極小的尺寸，是一種很好的合金復(fù)合材料增強(qiáng)相。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種增強(qiáng)鋁合金制備方法，采用電磁力作為攪拌外力，可有效避免機(jī)械攪拌導(dǎo)致的攪拌桿材料污染合金熔體的不利影響，制備的復(fù)合材料純凈，質(zhì)量高，制備方法還實(shí)現(xiàn)了石墨烯材料與鋁合金顆粒的很好的結(jié)合，由于多次大的變形，可以使復(fù)合材料達(dá)到很高的致密度，提高了基體的力學(xué)性能，明顯提高了復(fù)合鋁合金材料的強(qiáng)度、韌性以及耐磨性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)鋁合金制備方法，該方法包括如下步驟：
（1）制備鋁合金混合顆粒
將基體鋁合金坯料放入制備坩堝內(nèi)，加熱使基體合金坯料熔化，熔化溫度在合金液相線溫度以上50-100℃；
對熔體進(jìn)行除氣、打渣，加入細(xì)化劑對合金熔體細(xì)化處理；
將顆粒增強(qiáng)相放入送粉器內(nèi)，開啟真空爐，使?fàn)t內(nèi)絕對真空度保持在0.01-1.00pa；
開啟電磁攪拌器，調(diào)整參數(shù)，使合金熔體在電磁攪拌力作用攪動，熔體中心形成一個漩渦；
啟動送粉器，緩慢地將顆粒增強(qiáng)相粉狀材料送入合金熔體的漩渦內(nèi)，在合金熔體的攪動下，卷入合金熔體內(nèi)部；
顆粒增強(qiáng)相粉狀材料加入完畢后，下降擋板至熔體中，直到熔體漩渦消失，熔體液面平整；
加大電磁攪拌器的攪拌力，周期改變電磁攪拌器的攪拌方向，使合金熔體內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈的攪拌，促進(jìn)顆粒增強(qiáng)相的分散和均勻分布；
將處理后的金屬熔液精煉、扒渣、靜置，球磨后，得到鋁合金混合顆粒；所述的靜置溫度為650-750℃，靜置的時間為5-15min；
（2）制備石墨烯粉末
將250g天然石墨和由4.5l濃硫酸和0.5l濃磷酸組成的5l混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至85-90℃反應(yīng)2-3小時，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40l溶液，加入0.6l雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液ph=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；
將2l的0.5mg/ml氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12-36g鐵粉和0.8-1.8l的濃鹽酸，75-90℃反應(yīng)4-5小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯粉末；
（3）將鋁合金混合顆粒作退火處理，并對其表面進(jìn)行堿液清洗和清水清洗，清洗后涼干或烘干；
將烘干后的鋁合金混合顆粒與上述石墨烯粉末按一定的比例進(jìn)行充分混合、攪拌均勻，壓實(shí)并密封，再用壓力機(jī)壓制成預(yù)制塊；
將所得預(yù)制塊軋制成最終成品；
其中，所用上述石墨烯粉末的含量用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示或用體積分?jǐn)?shù)表示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為占所用鋁合金混合顆粒的質(zhì)量百分比2.5%-6%，體積分?jǐn)?shù)為占所用鋁合金混合顆粒的體積百分比2%-8%。
優(yōu)選的，在步驟（1）中基體鋁合金為7系鑄造鋁合金，細(xì)化劑為altib，顆粒增強(qiáng)相粉狀材料為碳化硅，7系鑄造鋁合金，細(xì)化劑為altib，顆粒增強(qiáng)相粉狀材料的體積比優(yōu)選為8:0.1:1。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用電磁力作為攪拌外力，可有效避免機(jī)械攪拌導(dǎo)致的攪拌桿材料污染合金熔體的不利影響，制備的復(fù)合材料純凈，質(zhì)量高，制備方法還實(shí)現(xiàn)了石墨烯材料與鋁合金顆粒的很好的結(jié)合，由于多次大的變形，可以使復(fù)合材料達(dá)到很高的致密度，提高了基體的力學(xué)性能，明顯提高了復(fù)合鋁合金材料的強(qiáng)度、韌性以及耐磨性能。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
將基體鋁合金坯料放入制備坩堝內(nèi)，加熱使基體合金坯料熔化，熔化溫度在合金液相線溫度以上50℃。對熔體進(jìn)行除氣、打渣，加入細(xì)化劑對合金熔體細(xì)化處理。將顆粒增強(qiáng)相放入送粉器內(nèi)，開啟真空爐，使?fàn)t內(nèi)絕對真空度保持在0.01pa。
開啟電磁攪拌器，調(diào)整參數(shù)，使合金熔體在電磁攪拌力作用攪動，熔體中心形成一個漩渦。啟動送粉器，緩慢地將顆粒增強(qiáng)相粉狀材料送入合金熔體的漩渦內(nèi)，在合金熔體的攪動下，卷入合金熔體內(nèi)部。顆粒增強(qiáng)相粉狀材料加入完畢后，下降擋板至熔體中，直到熔體漩渦消失，熔體液面平整。
加大電磁攪拌器的攪拌力，周期改變電磁攪拌器的攪拌方向，使合金熔體內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈的攪拌，促進(jìn)顆粒增強(qiáng)相的分散和均勻分布。將處理后的金屬熔液精煉、扒渣、靜置，球磨后，得到鋁合金混合顆粒；所述的靜置溫度為650-750℃，靜置的時間為5-15min。
其中，基體鋁合金為7系鑄造鋁合金，細(xì)化劑為altib，顆粒增強(qiáng)相粉狀材料為碳化硅，7系鑄造鋁合金，細(xì)化劑為altib，顆粒增強(qiáng)相粉狀材料的體積比優(yōu)選為8:0.1:1。
將250g天然石墨和由4.5l濃硫酸和0.5l濃磷酸組成的5l混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至85℃反應(yīng)2小時，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40l溶液，加入0.6l雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液ph=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液。
將2l的0.5mg/ml氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12g鐵粉和0.8l的濃鹽酸，75℃反應(yīng)4小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯粉末。
將鋁合金混合顆粒作退火處理，并對其表面進(jìn)行堿液清洗和清水清洗，清洗后涼干或烘干。將烘干后的鋁合金混合顆粒與上述石墨烯粉末按一定的比例進(jìn)行充分混合、攪拌均勻，壓實(shí)并密封，再用壓力機(jī)壓制成預(yù)制塊。將所得預(yù)制塊軋制成最終成品。
其中，所用上述石墨烯粉末的含量用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示或用體積分?jǐn)?shù)表示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為占所用鋁合金混合顆粒的質(zhì)量百分比2.5%，體積分?jǐn)?shù)為占所用鋁合金混合顆粒的體積百分比2%。
實(shí)施例二
將基體鋁合金坯料放入制備坩堝內(nèi)，加熱使基體合金坯料熔化，熔化溫度在合金液相線溫度以上100℃。對熔體進(jìn)行除氣、打渣，加入細(xì)化劑對合金熔體細(xì)化處理。將顆粒增強(qiáng)相放入送粉器內(nèi)，開啟真空爐，使?fàn)t內(nèi)絕對真空度保持在1.00pa。
開啟電磁攪拌器，調(diào)整參數(shù)，使合金熔體在電磁攪拌力作用攪動，熔體中心形成一個漩渦。啟動送粉器，緩慢地將顆粒增強(qiáng)相粉狀材料送入合金熔體的漩渦內(nèi)，在合金熔體的攪動下，卷入合金熔體內(nèi)部。顆粒增強(qiáng)相粉狀材料加入完畢后，下降擋板至熔體中，直到熔體漩渦消失，熔體液面平整。
加大電磁攪拌器的攪拌力，周期改變電磁攪拌器的攪拌方向，使合金熔體內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈的攪拌，促進(jìn)顆粒增強(qiáng)相的分散和均勻分布。將處理后的金屬熔液精煉、扒渣、靜置，球磨后，得到鋁合金混合顆粒；所述的靜置溫度為750℃，靜置的時間為15min。
其中，基體鋁合金為7系鑄造鋁合金，細(xì)化劑為altib，顆粒增強(qiáng)相粉狀材料為碳化硅，7系鑄造鋁合金，細(xì)化劑為altib，顆粒增強(qiáng)相粉狀材料的體積比優(yōu)選為8:0.1:1。
將250g天然石墨和由4.5l濃硫酸和0.5l濃磷酸組成的5l混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至85-90℃反應(yīng)2-3小時，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40l溶液，加入0.6l雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液ph=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液。
將2l的0.5mg/ml氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入36g鐵粉和1.8l的濃鹽酸，90℃反應(yīng)5小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯粉末。
將鋁合金混合顆粒作退火處理，并對其表面進(jìn)行堿液清洗和清水清洗，清洗后涼干或烘干。將烘干后的鋁合金混合顆粒與上述石墨烯粉末按一定的比例進(jìn)行充分混合、攪拌均勻，壓實(shí)并密封，再用壓力機(jī)壓制成預(yù)制塊。將所得預(yù)制塊軋制成最終成品。
其中，所用上述石墨烯粉末的含量用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示或用體積分?jǐn)?shù)表示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為占所用鋁合金混合顆粒的質(zhì)量百分比6%，體積分?jǐn)?shù)為占所用鋁合金混合顆粒的體積百分比8%。