一种高强高耐热铝合金的制备方法

本发明涉及铝合金的制备，特别是涉及一种高强高耐热铝合金的制备方法。

背景技术：

1、铝合金由于密度低、良好的导电性、耐腐蚀性及可塑性等优点，在航空、汽车、电子、建筑和工业制造等领域得到了广泛的应用。然而，绝大多数牌号的铝合金强度中等且耐热性差，使其难以作为结构材料在高温环境下长期服役，极大限制了铝合金的工业化应用。

2、现有提升铝合金强度的主要方法为复合化和晶粒细化，其中复合化是通过额外加入增强体形成铝基复合材料，通过载荷传递、热错配强化等复合机制提高铝合金的强度，但由于增强体与基体之间硬度差异大，材料整体协调变形能力差，使复合材料的塑性远低于铝合金基体，服役过程中容易导致灾难性失效；细晶强化是将晶粒尺寸降低至亚微米甚至纳米级别，通过增加单位体积内晶界的数量、阻碍位错运动来提高材料强度。

3、然而，当晶粒尺寸降低至纳米级别时，由于晶粒内部空间限制不能有效存储位错，导致塑性急剧下降，且细化晶粒所需设备复杂、工艺流程长，纳米晶材料制备成本较高。现有提升铝合金耐热性的主要方法是加入钪、钇等稀土元素，虽能有效提升铝合金的耐热性，但稀土元素价格昂贵，导致铝合金的制备成本急剧增加。如何以较低的成本获得高强高耐热铝合金是材料研究者所面临的主要挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高强高耐热铝合金的制备方法，通过基于异质结构微观组织、溶质元素过饱和及第二相微米级弥散分布相结合的粉末冶金+半固态触变成形+固溶处理技术制备高强高耐热铝合金，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种高强高耐热铝合金的制备方法，步骤包括：

4、将低合金成分铝合金和高合金成分铝合金混合均匀后，压制成预制坯；

5、所述预制坯经部分重熔、静置压缩、固溶处理即得所述高强高耐热铝合金。

6、进一步的，所述低合金成分铝合金中合金元素含量为1.5～2.5wt.％，合金元素种类为3～6种。

7、优选的，所述合金元素包括zn、si、mg、cu、mn、cr和ti。

8、优选的，所述低合金成分铝合金的成分除al外还包括1.04wt.％mg、0.56wt.％si、0.28wt.％cu和0.04wt.％zn。

9、进一步的，所述高合金成分铝合金中合金元素含量为15～25wt.％，合金元素种类为3～6种。

10、优选的，所述合金元素包括zn、si、mg、cu、mn、cr和ti。

11、优选的，所述高合金成分铝合金的成分除al外还包括13.32wt.％zn、3.70wt.％si、2.44wt.％mg和1.48wt.％cu。

12、进一步的，所述低合金成分铝合金和高合金成分铝合金的质量比为1:1～1:3。

13、进一步的，所述低合金成分铝合金和高合金成分铝合金为粉末状，粒度为1～5μm。

14、进一步的，所述混合为球磨混合，时间为2～5h，转速为80～150rpm。

15、进一步的，所述压制成预制坯的温度为200～350℃，压力为250～450mpa，时间为20～60min。

16、进一步的，所述部分重熔的温度为600～650℃，时间为50～100min。

17、进一步的，所述静置压缩的温度为200～300℃，压力为100～200mpa，时间为20～60min。

18、进一步的，所述固溶处理的温度为500～550℃，时间为0.5～8h。

19、本发明技术方案之二：提供一种由上述制备方法制得的高强高耐热铝合金。

20、本发明公开了以下技术效果：

21、本发明通过低合金成分铝合金与高合金成分铝合金混合引入异质结构微观组织引发材料非均匀变形，有效抑制应变局域化并提供额外的加工硬化能力，进而获得良好的强度和塑性匹配。通过固溶处理形成过饱和固溶体，引入固溶强化作用来协同提升铝合金的强塑性。铝合金固溶处理后形成第二相残留，通过第二相的微米级弥散，形成对铝合金晶粒的包裹，有效阻碍晶粒长大，极大提升铝合金的耐热性，进而获得强度与耐热性优异的铝合金。

22、本发明所制备的高强高耐热铝合金由细晶+粗晶+晶间第二相组成，其中细晶由部分重熔产生的液相再次凝固以及未熔化的高合金成分粉末构成，粗晶由低合金成分合金粉末快速粗化产生。

23、本发明制备的高强高耐热铝合金中，细晶硬度较高，屈服强度较高，粗晶硬度较低，屈服强度较低。在变形过程中，屈服强度较低的粗晶优先变形，细晶后变形，进而在软/硬组织界面处产生大量的几何必须位错以协调不同程度的变形，有效抑制应变局域化并提供额外的加工硬化能力，极大延缓颈缩的发生，使该合金具有良好的强度和塑性匹配。

24、固溶处理后，部分位于晶界处的第二相共晶组织溶入晶粒内部，形成过饱和固溶体，使晶格产生畸变，有效阻碍位错运动，进而产生同时强韧化。

技术特征：

1.一种高强高耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低合金成分铝合金中合金元素含量为1.5～2.5wt.％；所述高合金成分铝合金中合金元素含量为15～25wt.％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低合金成分铝合金和高合金成分铝合金的质量比为1:1～1:3；所述低合金成分铝合金和高合金成分铝合金为粉末状，粒度为1～5μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合为球磨混合，时间为2～5h，转速为80～150rpm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制成预制坯的温度为200～350℃，压力为250～450mpa，时间为20～60min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述部分重熔的温度为600～650℃，时间为50～100min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静置压缩的温度为200～300℃，压力为100～200mpa，时间为20～60min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为500～550℃，时间为0.5～8h。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的高强高耐热铝合金。

技术总结本发明属于铝合金的制备技术领域，涉及一种高强高耐热铝合金的制备方法。本发明通过将低合金成分铝合金和高合金成分铝合金混合均匀后，压制成预制坯；预制坯经部分重熔、静置压缩、固溶处理即得高强高耐热铝合金。本发明通过低合金成分铝合金与高合金成分铝合金混合引入异质结构微观组织引发材料非均匀变形，有效抑制应变局域化并提供额外的加工硬化能力，进而获得良好的强度和塑性匹配。通过固溶处理形成过饱和固溶体，引入固溶强化作用来协同提升铝合金的强塑性。铝合金固溶处理后形成第二相残留，通过第二相的微米级弥散，形成对铝合金晶粒的包裹，有效阻碍晶粒长大，极大提升铝合金的耐热性，进而获得强度与耐热性优异的铝合金。技术研发人员：张学拯,翟威,唐丹,孙美月,陈体军受保护的技术使用者：兰州理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29