一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高性能金屬結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材 料，還涉及該材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣發(fā)的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，由于鋁合金密度低、但強 度比較高，接近或者查過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導熱性、導電性和 抗腐蝕性，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已經(jīng)大量應(yīng)用。
[0003] 近年來，由于科學技術(shù)和工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料提出了更高的要 求，不僅要求其抗拉強度鋯，還需要考慮其制造成本和使用成本，在鋁合金中添加鋰元素已 經(jīng)引起越來越多的關(guān)注。Langan和Pickens等人發(fā)現(xiàn)：當鋰元素的加入量超過合金總量的 1.3%時，合金的屈服強度和抗拉強度都會下降。也有研究指出，在Al-Li-Cu合金中加入Zr、 Ag，Mg，及稀土元素都可以使得合金表現(xiàn)出強度和韌性的優(yōu)異結(jié)合。但是提高合金中鋰元素 含量影響合金的室溫塑性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種韌性好的高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材 料，該鋁鋰合金材料由如下重量百分比的組分組成：鋰3. 6-4. 2wt%、銅0. 8-1. 6wt%、鎂 2. 8-3. 8wt%、銀 0· 5-1. 2wt%、鋯 0· 08-0. 2wt%、鋅 0· 2-0. 28wt%、錳 0· 1-0. 2wt%、預先處理的 碳纖維7. 2-10. 2wt%、余量為鋁； 預先處理的碳纖維的處理具體為：碳纖維束在病丙酮中72-78Γ抽提4-6h，在超臨 界丙酮-水體系中于350-360 °C浸泡25-35min，冷卻至28-32 °C，干燥后將碳纖維剪成 2. 4-2. 6mm的短碳纖維，將短碳纖維至于濃度為28%的硫酸溶液中煮沸20-30min，過濾，用 蒸餾水沖洗后至于質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液中4-8min，再次過濾，蒸餾水沖洗，在丙 酮溶液中72-78°C抽提4-6h，然后在70-90°C的烘箱中烘干。
[0006] 進一步地，該鋁鋰合金材料由如下重量百分比的組分組成：鋰3. 8-4. Owt%、 銅 1. 2-1. 5wt%、鎂 3. 2-3. 6wt%、銀 0· 7-1. Owt%、鋯 0· 14-0. 17wt%、鋅 0· 23-0. 25wt%、錳 0. 13-0. 16wt%、預先處理的碳纖維8. 0-9. 2wt%、余量為鋁。
[0007] 進一步地，該錯鋰合金材料由如下重量百分比的組分組成：鋰3. 9wt%、銅I. 4wt%、 儀3. 5wt%、銀0· 9wt%、錯0· 16wt%、鋅0· 24wt%、猛0· 15wt%、預先處理的碳纖維8. 8wt%、余量 為鋁。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料的制備方法，包括如下 步驟： (1)按照上述的比例的金屬材料，在惰性氣體保護下，熔煉，熔煉溫度為300_320°C，時 間為 25-30min ; (2) 熔煉后的金屬材料中加入預先處理的碳纖維，攪拌均勻； (3) 在真空度為0.001?&-0.005?&，壓強為30-1001〇^的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘 10-20°C的速率升溫至490-5KTC，保溫12-16h，再以5-10°C的速率升溫至530-550°C，保溫 5_8h，最后以5-10°C的速率升溫至590-6KTC，空冷。
[0009] 進一步地，所述的步驟（1)中的惰性氣體為氬氣。
[0010] 本發(fā)明的有益效果： (1) 本發(fā)明的鋁鋰合金，具有高強、輕質(zhì)、高韌性的特點，克服了傳統(tǒng)的鋁鋰合金低塑性 的缺點； (2) 本發(fā)明的鋁鋰合金提高了合金材料的低各異性，并且降低了生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0011] 實施例1
[0012] 一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料，該鋁鋰合金材料由如下重量百分比的組分組成：鋰 3. 6wt %、銅 0· 8wt %、儀 2. 8wt %、銀 0· 5wt %、錯 0· 08wt %、鋅 0· 2wt %、猛 0· Iwt %、預先處 理的碳纖維7. 2wt %、余量為鋁。
[0013] 制備方法： (1) 碳纖維束在病丙酮中72°C抽提4h，在超臨界丙酮-水體系中于350°C浸泡25min， 冷卻至28°C，干燥后將碳纖維剪成2. 4mm的短碳纖維，將短碳纖維至于濃度為28%的硫酸溶 液中煮沸20min，過濾，用蒸餾水沖洗后至于質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液中4min，再次 過濾，蒸餾水沖洗，在丙酮溶液中72°C抽提4h，然后在70°C的烘箱中烘干； (2) 按照上述的比例的金屬材料，在氬氣保護下，熔煉，熔煉溫度為300°C，時間為 25min ； (3) 熔煉后的金屬材料中加入預先處理的碳纖維，攪拌均勻； (4) 在真空度為0.0 OlPaPa，壓強為30MPa的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘10°C的速 率升溫至490°C，保溫12h，再以5°C的速率升溫至530°C，保溫5h，最后以5°C的速率升溫至 590 °C，空冷。
[0014] 實施例2 一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料，該鋁鋰合金材料由如下重量百分比的組分組成：鋰 4. 2wt%、銅 I. 6wt%、儀 3. 8wt%、銀 I. 2wt%、錯 0· 2wt%、鋅 0· 28wt%、猛 0· 2wt%、預先處理的碳 纖維10. 2wt%、余量為鋁。
[0015] 制備方法： (1) 碳纖維束在病丙酮中78°C抽提6h，在超臨界丙酮-水體系中于360°C浸泡35min， 冷卻至32°C，干燥后將碳纖維剪成2. 6mm的短碳纖維，將短碳纖維至于濃度為28%的硫酸溶 液中煮沸20-30min，過濾，用蒸餾水沖洗后至于質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液中8min，再 次過濾，蒸餾水沖洗，在丙酮溶液中78°C抽提6h，然后在90°C的烘箱中烘干； (2) 按照上述的比例的金屬材料，在氬氣保護下，熔煉，熔煉溫度為320°C，時間為 30min ； (3) 熔煉后的金屬材料中加入預先處理的碳纖維，攪拌均勻； (4) 在真空度為0. 005Pa，壓強為IOOMPa的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘20°C的速率 升溫至510°C，保溫16h，再以10°C的速率升溫至550°C，保溫8h，最后以10°C的速率升溫至 610°C，空冷。
[0016] 實施例3 一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料，該鋁鋰合金材料由如下重量百分比的組分組成：鋰 3. 8wt%、銅 I. 2wt%、鎂 3. 2wt%、銀 0· 7wt%、鋯 0· 14wt%、鋅 0· 23wt%、錳 0· 13wt%、預先處理的 碳纖維8. Owt%、余量為鋁。
[0017] 制備方法： (1) 碳纖維束在病丙酮中75°C抽提5h，在超臨界丙酮-水體系中于355°C浸泡30min， 冷卻至30°C，干燥后將碳纖維剪成2. 5mm的短碳纖維，將短碳纖維至于濃度為28%的硫酸溶 液中煮沸25min，過濾，用蒸餾水沖洗后至于質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液中6min，再次 過濾，蒸餾水沖洗，在丙酮溶液中75°C抽提5h，然后在80°C的烘箱中烘干； (2) 按照上述的比例的金屬材料，在氬氣保護下，熔煉，熔煉溫度為310°C，時間為 28min ； (3) 熔煉后的金屬材料中加入預先處理的碳纖維，攪拌均勻； (4) 在真空度為0. 003Pa，壓強為65MPa的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘15°C的速率 升溫至500°C，保溫14h，再以8°C的速率升溫至540°C，保溫6h，最后以8°C的速率升溫至 600 °C，空冷。
[0018] 實施例4 裡 4. Owt%、銅 I. 5wt%、儀 3. 6wt%、銀 1.0 wt%、錯 0· 17wt%、鋅 0· 25wt%、猛 0· 16wt%、預先 處理的碳纖維9. 2wt%、余量為鋁。
[0019] 實施例5 裡 3. 9wt%、銅 I. 4wt%、儀 3. 5wt%、銀 0· 9wt%、錯 0· 16wt%、鋅 0· 24wt%、猛 0· 15wt%、預先 處理的碳纖維8. 8wt%、余量為鋁。
[0020] 性能測試表
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員 應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明 的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和 改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效 物界定。
【主權(quán)項】
1. 一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料，其特征在于：該鋁鋰合金材料由如下重量百分比的組 分組成：鋰 3. 6-4. 2wt%、銅 0? 8-1. 6wt%、鎂 2. 8-3. 8wt%、銀 0? 5-1. 2wt%、鋯 0? 08-0. 2wt%、鋅 0? 2-0. 28wt%、錳0? 1-0. 2wt%、預先處理的碳纖維7. 2-10. 2wt%、余量為鋁； 預先處理的碳纖維的處理具體為：碳纖維束在病丙酮中72-78°C抽提4-6h，在超臨 界丙酮-水體系中于350-360 °C浸泡25-35min，冷卻至28-32 °C，干燥后將碳纖維剪成 2. 4-2. 6mm的短碳纖維，將短碳纖維至于濃度為28%的硫酸溶液中煮沸20-30min，過濾，用 蒸餾水沖洗后至于質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液中4-8min，再次過濾，蒸餾水沖洗，在丙 酮溶液中72-78°C抽提4-6h，然后在70-90°C的烘箱中烘干。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料，其特征在于：該鋁鋰合金 材料由如下重量百分比的組分組成：鋰3. 8-4.Owt%、銅I. 2-1. 5wt%、鎂3. 2-3. 6wt%、銀 0? 7-1.Owt%、鋯 0? 14-0. 17wt%、鋅 0? 23-0. 25wt%、錳 0? 13-0. 16wt%、預先處理的碳纖維 8. 0-9. 2wt%、余量為鋁。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料，其特征在于：該鋁鋰合金材料 由如下重量百分比的組分組成：鋰3. 9wt%、銅I. 4wt%、鎂3. 5wt%、銀0. 9wt%、鋯0. 16wt%、鋅 0. 24wt%、猛0. 15wt%、預先處理的碳纖維8. 8wt%、余量為錯。4. 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料的制備方法，其特征在于：包 括如下步驟： (1) 按照上述的比例的金屬材料，在惰性氣體保護下，熔煉，熔煉溫度為300-320°C，時 間為 25-30min; (2) 熔煉后的金屬材料中加入預先處理的碳纖維，攪拌均勻； (3) 在真空度為0.001?&-0.005?&，壓強為30-1001〇^的條件下燒結(jié)，燒結(jié)時，以每分鐘 10-20°C的速率升溫至490-5KTC，保溫12-16h，再以5-10°C的速率升溫至530-550°C，保溫 5_8h，最后以5-10°C的速率升溫至590-6KTC，空冷。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強輕質(zhì)鋁鋰合金材料的制備方法，其特征在于：所述的步 驟（1)中的惰性氣體為氬氣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強鋁鋰合金材料及其制備方法,由如下重量百分比的組分組成：鋰3.6-4.2wt%、銅0.8-1.6wt%、鎂2.8-3.8wt%、銀0.5-1.2wt%、鋯0.08-0.2wt%、鋅0.2-0.28wt%、錳0.1-0.2wt%、預先處理的碳纖維7.2-10.2wt%、余量為鋁，通過碳纖維預處理、熔煉和燒結(jié)步驟得到最后產(chǎn)品。本發(fā)明的鋁鋰合金，具有高強、輕質(zhì)、高韌性的特點，克服了傳統(tǒng)的鋁鋰合金低塑性的缺點，成本低。
【IPC分類】C22C47/04, C22C47/14, C22C49/06
【公開號】CN105200352
【申請?zhí)枴緾N201510482828
【發(fā)明人】姬勝國
【申請人】無棣向上機械設(shè)計服務(wù)有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月8日