一种增强铝合金及其制备方法

摘要

一种增强铝合金，其特征在于，按重量百分比含量含有：Mg：4.5-5.5％，Zn：2-2.5％，Ti：0.1-0.2％，La：0.3-0.4％，Pr：0.4-0.45％，Nd：0.45-0.55％，Y：0.4-0.45％，Zr：0.2-0.3％，Si：0.1-0.3％，Mn：0.5-0.6％，Cu：0.3-0.4％，Nb：0.3-0.4％，氮化硼纳米管颗粒1-2％石墨烯1.5-2％，碳化钨晶须1-1.5％，Cr：0.1-0.2％，Co：0.2-0.3％，余量为Al。该合金的抗拉性能、屈服性能以及抗冲击性能均较现有技术有较大幅度提高。

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料领域，尤其是一种增强铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金作为金属材料中典型的轻质材料，具有强度高、轻质、韧性好等特点，在航空、 航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金的 需求日益增多，使铝合金的研究也随之深入。

中国专利CN102828075A涉及一种铝镁合金，该合金中加入了稀土Sm，改善了铝镁合金 的显微组织，细化了球形晶粒，但是该合金仍难满足更高场合对铝合金的要求。

中国专利CN103924135A涉及一种Al-Mg-Si合金及其制备方法，该合金中加入了Si等元 素，并且改进了熔炼方法，提高了合金的各种性能，该合金的应用场合仍受到较大局限。

中国专利CN103924175A涉及一种含Zn、Er铝合金，提高了铝基合金的耐腐蚀性能，后 续加工性能好，但是该合金的强度和拉伸性能较差。

因此现有技术中铝合金仍然存在上述多种缺陷，需要进一步提高铝合金的各项性能，从 而拓宽其应用领域，尤其是对铝合金要求较高的领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强度高、韧性好、拉伸性能好的铝合金。

为了达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一种增强铝合金，其特征在于，按重量百分比含量含有：Mg 4.5-5.5％，Zn 2-2.5％，Ti 0.1-0.2％，La 0.3-0.4％，Pr 0.4-0.45％，Nd 0.45-0.55％，Y 0.4-0.45％，Zr 0.2-0.3％，Si 0.1-0.3％， Mn 0.5-0.6％，Cu 0.3-0.4％，Nb 0.3-0.4％，氮化硼纳米管颗粒1-2％石墨烯1.5-2％，碳化 钨晶须1-1.5％，Cr 0.1-0.2％，Co 0.2-0.3％，余量为Al。

上述增强铝合金优选的组成为：

按重量百分比含量含有：Mg 5％，Zn 2.2％，Ti 0.15％，La 0.35％，Pr 0.42％，Nd 0.5％， Y 0.43％，Zr 0.25％，Si 0.2％，Mn 0.55％，Cu 0.35％，Nb 0.35％，氮化硼纳米管颗粒1.5％ 石墨烯1.6％，碳化钨晶须1.3％，Cr 0.15％，Co 0.25％，余量为Al。

所述铝合金的制备方法如下：

(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化 硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；

(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充 分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌 使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；

(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至730℃以上，进行精炼；

(4)在模具中浇铸并冷却成型。

本发明的制备方法还可以包括现有技术中常见的热处理。

本发明具有以下优点：

四种稀土元素La、Pr、Nd、Y以及非稀土元素Nb的同时加入，改变了合金的微观组 织结构，提高了铝合金的耐热性能，并且提高了其铸造性能。

创造性地加入氮化硼纳米管颗粒、石墨烯以及碳化钨晶须，提高了铝合金的综合力学性 能。

Mn和Cu的加入进一步提高了铝合金的力学性能。

Co、Zr、Ti和Si等元素的加入优化了合金的组成，提高了其性能。

进一步优化了各种成分的比例，最大程度的提高了铝合金的力学性能。

优选，所述继续升高温度至800、900、1000、1100、1200℃。

具体实施方式

实施例1：

制备组分和重量百分比如下所示的铝合金：

Mg 4.5％，Zn 2％，Ti 0.1％，La 0.3％，Pr 0.4％，Nd 0.45％，Y 0.4％，Zr 0.2％，Si 0.1％， Mn 0.5％，Cu 0.3％，Nb 0.3％，氮化硼纳米管颗粒1％石墨烯1.5％，碳化钨晶须1.5％， Cr 0.1％，Co 0.2％，余量为Al。

该铝合金通过如下步骤制备：

(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化 硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；

(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充 分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌 使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；

(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至730℃，进行精炼；

(4)在模具中浇铸并冷却成型。

对该合金进行室温下的力学性能测试，结果如表1所示。

实施例2：

制备组分和重量百分比如下所示的铝合金：

Mg 5.5％，Zn 2.5％，Ti 0.2％，La 0.4％，Pr 0.45％，Nd 0.55％，Y 0.45％，Zr 0.3％，Si 0.3％，Mn 0.6％，Cu 0.4％，Nb 0.4％，氮化硼纳米管颗粒2％石墨烯2％，碳化钨晶须1.5％， Cr 0.2％，Co 0.3％，余量为Al。

该铝合金通过如下步骤制备：

(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化 硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；

(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充 分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌 使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；

(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至750℃，进行精炼；

(4)在模具中浇铸并冷却成型。

对该合金进行室温下的力学性能测试，结果如表1所示。

实施例3：

制备组分和重量百分比如下所示的铝合金：

Mg 5％，Zn 2.2％，Ti 0.15％，La 0.35％，Pr 0.42％，Nd 0.5％，Y 0.43％，Zr 0.25％，Si 0.2％，Mn 0.55％，Cu 0.35％，Nb 0.35％，氮化硼纳米管颗粒1.5％石墨烯1.6％，碳化钨 晶须1.3％，Cr 0.15％，Co 0.25％，余量为Al。

该铝合金通过如下步骤制备：

(1)按合金成分计算并称取配料：准备纯Al、Mg、Zn锭、其他所需合金元素，以及氮化 硼纳米管颗粒、石墨烯颗粒、碳化钨晶须；

(2)将纯Al锭置于坩埚内加热熔化，然后加入纯Mg、Zn锭、其他所需合金元素，待充 分融化后，加入预热后的氮化硼纳米管颗粒，随后加入石墨烯颗粒、碳化钨晶须，机械搅拌 使其混合均匀，继续熔炼并进行搅拌，熔炼完成后充分静置；

(3)通入惰性气体对熔体进行除气净化，静置，继续升高温度至740℃，进行精炼；

(4)在模具中浇铸并冷却成型。

对该合金进行室温下的力学性能测试，结果如表1所示。

表1：实施例1-3合金的力学性能

实施例 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率 1 600 565 12.1％

2 611 578 13.5％ 3 624 596 13.6％

从表1可以看出，本申请所制得的铝合金的抗拉强度、屈服强度以及延伸率均优于现有 技术。