一种高强度铝合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金材料的，具体涉及一种高强度铝合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、铝是产量仅次于钢铁的第二大类金属材料，由于性能好，用途广，需量大，且回收成本低，被誉为“万能金属”。统计表明：我国现有124个产业中有113个行业使用铝制品，产业关联度高达91％，因而铝产业是国民经济持续发展的重要支柱性原材料产业之一。近几十年来，铝合金大致向两个方向发展：一是发展高强度高韧铝合金新材料；二是发展一系列可以满足各种使用条件的民用铝合金材料。铝合金材料是常用的铝合金之一，但是在高强度铝合金的发展中，不仅铝合金材料的强度有有待进一步提高，而且保证其韧性也是一项重要的任务。目前通常方法是添加增强材料，但是添加的增强材料往往是只能增加强度，而不能保证铝合金的韧性的，因此，提高铝合金的强度，同时保证其韧性，从而从整体上提高铝合金材料的力学性能是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：针对上述的技术问题，本发明的目的是提供一种高强度铝合金材料及其制备方法，首先通过超声处理将纤维素纤维束打散并离散，再利用高压匀质机进一步分离，使得纤维素纤维更加均匀，晶型结构、化学基团也不会受到大的影响，保留了天然纤维素长径比和比表面积高，更易形成网络结构优点。纤维素纤维之间由氢键作用和范德华力作用，彼此连接形成稳定的悬浊液，最后形成氢键连接的簇状结构3d网状缠结模型，这种模型不仅增加了比表面积，也提高了纤维素纤维和聚丙烯腈的结合面积，在后期烧结中能够保持更好的韧性。铝合金在与复合增强颗粒混合后，由于复合增强颗粒的特殊结构，能够与铝合金紧密结合，在铝合金收到弯曲和冲击后，吸收弯曲和冲击力，提高铝合金材料的拉伸强度和断裂伸长率。

2、技术方案：一种高强度铝合金材料，其特征在于，包括复合增强颗粒和铝合金粉末；所述铝合金粉末的组成如下，按重量百分比计：

3、cu为0.42wt.％；

4、si为0.93wt.％；

5、mg为3.5wt.％；

6、zn为0.3-0.5wt.％；

7、ce为0.3wt.％

8、余量为al。

9、进一步的，所述复合增强颗粒和铝合金粉末的质量比为(10-28):100。

10、进一步的，所述复合增强颗粒的粒径为10-150μm。

11、进一步的，所述复合增强颗粒的制备方法如下：

12、步骤1：取纤维素纤维，配制成浓度为2.5％的纤维素纤维溶液，置于超声波细胞粉碎机中进行超声处理，获得悬浊液；

13、步骤2：置于高压匀质机中匀质15-25min后静置15h；

14、步骤3：在室温环境下，用磁力搅拌器在转速200-250rpm下搅拌24h；

15、步骤4：缓慢地倒入装有孔径为0.45μm混合滤膜的砂芯漏斗中，利用循环水抽滤机抽滤，直至再无水液流出，取出纤维素纤维凝胶，置于真空干燥箱中，在60℃、320pa压力的环境中干燥24h，获得纳米纤维素膜层；

16、步骤5：取聚丙烯腈，加入2-3倍的二甲基甲酰胺，搅拌溶解，脱泡获得聚丙烯腈溶液；

17、步骤6：将纳米纤维素膜层浸泡在聚丙烯腈溶液中3-4h，使纳米纤维素膜层与聚丙烯腈完全融合；

18、步骤7：取出纳米纤维素膜层，平铺在硅片上，自然干燥；

19、步骤8：置于马弗炉中进行预氧化，以10℃/min的速率升温至330℃，保温1h，自然冷却至室温，取出后于氮气气氛在管式炭化炉中进行炭化，以5℃/min的速率升温至1000℃，保温l h，自然冷却至室温；

20、步骤9：取出，破碎即得。

21、进一步的，所述步骤1中超声处理中超声功率为1200w，超声时间为20-30min。

22、进一步的，所述步骤2中匀质条件为：一级匀质阀的压强为80-l00bar，二级匀质阀的压强为350-400bar。

23、进一步的，所述铝合金粉末的粒径为2-5mm。

24、上述高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

25、步骤1：将铝合金粉末在氩气保护气氛下加热至760℃热熔化，降至半固态温度，加入复合增强颗粒；

26、步骤2：用调速搅拌器进行高速搅拌30min；

27、步骤3：倒入模具中，制成复合铝合金材料；

28、步骤4：采用激光冲击技术，在去离子水的约束下对复合铝合金材料进行1-2次冲击即得。进一步的，所述激光冲击技术条件为：脉冲激光能量为2j，激光加载光斑直径为3mm，激光波长为1064nm，脉宽为10ns。

29、有益效果：

30、1、本发明首先通过超声处理将纤维素纤维束打散并离散，再利用高压匀质机进一步分离，使得纤维素纤维更加均匀，晶型结构、化学基团也不会受到大的影响，保留了天然纤维素长径比和比表面积高，更易形成网络结构优点。纤维素纤维之间由氢键作用和范德华力作用，彼此连接形成稳定的悬浊液，最后形成氢键连接的簇状结构3d网状缠结模型，这种模型不仅增加了比表面积，也提高了纤维素纤维和聚丙烯腈的结合面积，在后期烧结中能够保持更好的韧性。

31、2、本发明中由于纤维素纤维的高长径比及网状结构，使得纤维素纤维/聚丙烯腈之间连接紧密、间距小，进而提高材料的力学强度。

32、3、本发明铝合金在与复合增强颗粒混合后，由于复合增强颗粒的特殊结构，能够与铝合金紧密结合，在铝合金收到弯曲和冲击后，吸收弯曲和冲击力，提高铝合金材料的拉伸强度和断裂伸长率。

33、4、本发明采用激光冲击技术，对复合铝合金材料进行冲击，能够有效均匀材料，提高力学性能。

技术特征：

1.一种高强度铝合金材料，其特征在于，包括复合增强颗粒和铝合金粉末；

2.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金材料，其特征在于，所述复合增强颗粒和铝合金粉末的质量比为(10-28):100。

3.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金材料，其特征在于，所述复合增强颗粒的粒径为10-150μm。

4.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金材料，其特征在于，所述复合增强颗粒的制备方法如下：

5.根据权利要求4所述的一种高强度铝合金材料，其特征在于，所述步骤1中超声处理中超声功率为1200w，超声时间为20-30min。

6.根据权利要求4所述的一种高强度铝合金材料，其特征在于，所述步骤2中匀质条件为：一级匀质阀的压强为80-l00bar，二级匀质阀的压强为350-400bar。

7.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金材料，其特征在于，所述铝合金粉末的粒径为2-5mm。

8.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种高强度铝合金材料，其特征在于，所述激光冲击技术条件为：脉冲激光能量为2j，激光加载光斑直径为3mm，激光波长为1064nm，脉宽为10ns。

技术总结本发明提供了一种高强度铝合金材料及其制备方法。包括以下步骤：步骤1：将铝合金粉末在氩气保护气氛下加热至760℃热熔化，降至半固态温度，加入复合增强颗粒；步骤2：用调速搅拌器进行高速搅拌30min；步骤3：倒入模具中，制成复合铝合金材料；步骤4：采用激光冲击技术，在去离子水的约束下对复合铝合金材料进行1‑2次冲击即得。本发明铝合金在与复合增强颗粒混合后，由于复合增强颗粒的特殊结构，能够与铝合金紧密结合，在铝合金收到弯曲和冲击后，吸收弯曲和冲击力，提高铝合金材料的拉伸强度和断裂伸长率。技术研发人员：张建乡,刘健,赵良受保护的技术使用者：苏州创泰合金材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5