[发明专利]一种铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属复合材料领域，特别涉及铝合金及其制备方法。

背景技术

铝是一种在地壳中分布广泛的金属元素，纯铝具有质量轻、密度小、可塑性好等优点，可以进行各种机械加工。但是纯铝的强度低，因此只有通过合金化才能得到可作为结构材料使用的各种铝合金。铝合金以铝为基体，可以根据不同的需要添加铜、硅、镁、锌、锰、镍、铁、钛、铬或锂等金属。铝合金的密度低，强度和比刚度高，主要用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。

7系铝合金是一种高强铝合金，具有强度高、硬度高、密度低和热加工性能好等优点，因此在航空航天领域作为主要的结构材料并得到广泛应用。目前，一般通过铸锭冶炼工艺制备7系高强铝合金，如美国利用该方法制备得到的改进型7075高强铝合金的强度最大值可达575MPa，硬度最大值达150HB。但是，该方法对冶炼精度要求较高，如果冶炼条件控制不得当，容易出现铝合金微观组织粗大等情况，尤其是其中起主要增强作用的MgZn₂相，其从过饱和固溶体中析出的过程不易控制，获得的MgZn₂增强相也比较粗大，并且其在高温下极容易聚集、粗化，最终导致得到的合金的室温和高温性能均不理想，因此我国利用该技术制备的高强铝合金最高只能达到550MPa左右的强度，难以满足现代工业对高性能结构材料的不断需求。采用材料复合的方法控制微观结构，进一步提高铝合金的性能是该材料发展的趋势，因此需要新的方法以提高其性能。

现有技术也公开了通过粉末冶金烧结或热压烧结技术制备金属基复合材料的方法，但是对于7系铝合金而言，采用粉末冶金烧结方法或热压烧结方法时，其烧结时间较难掌控，如果烧结时间偏长时，金属铝会在烧结过程中会发生严重氧化；烧结时间过短时，则会出现材料难以烧结成型的问题，这两种情况均会导致得到的铝合金拉伸强度低、力学性能差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种铝合金及其制备方法，制备得到的铝合金增强相颗粒细小，在铝基上分布均匀，拉伸强度高，力学性能好。

本发明提供了一种铝合金的制备方法，包括以下步骤：

将3wt％～20wt％的MgZn₂纳米粉末、0.5wt％～2wt％的铜粉和79wt％～96wt％的铝粉球磨混合，得到混合粉末；

将所述混合粉末压力成型，得到坯体；

将所述坯体在惰性气体保护下加热至半固态，保温、加压后得到铝合金。

优选的，所述MgZn₂粉末的粒度小于100纳米。

优选的，所述铜粉和铝粉的粒度均小于1微米。

优选的，所述球磨混合的时间为1.5h～3h。

优选的，所述加热温度为580℃～640℃。

优选的，所述保温时间为3～5分钟。

优选的，所述MgZn₂纳米粉末按照以下方法制备：

将锌粉和镁粉球磨混合，固相反应得到微米级MgZn₂粉末；

将所述微米级MgZn₂粉末破碎得到MgZn₂纳米粉末。

优选的，所述破碎的时间为8～20分钟。

优选的，所述球磨混合的时间为1.5h～2.5h。

本发明还提供了一种铝合金，包括：

3wt％～20wt％的MgZn₂；0.5wt％～2wt％的铜；79wt％～96wt％的铝。

与现有技术相比，本发明在原料中直接添加MgZn₂纳米粉末，配合球磨混合的方法，使混合粉末充分破碎，混合均匀，得到了纳米级的增强相颗粒和亚微米级的复合金属颗粒，有利于在制备的铝合金中形成较小的增强相，同时纳米级的增强相颗粒和亚微米级的复合金属颗粒具有适度的活性易于进行后续操作。为了避免球磨混合后的得到的颗粒过度氧化，同时保证产品的微观组织细小均匀，本发明随后将由混合粉末压制成型的坯体加热至半固态，保温、加压后得到铝合金。对半固态的坯体保温加压，使增强相颗粒和基体组织有效键合，抑制了增强相颗粒和基体组织的长大过程，避免了高温下MgZn₂的聚集和粗化，有利于得到微观组织细小均匀的铝合金，从而使得到的铝合金具有了较高的拉伸强度，力学性能得到提高。而且该方法时间较短，有效地避免了颗粒氧化影响产品性能的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的MgZn₂纳米粉末的XRD衍射图谱；