[发明专利]一种铝锌镁铜系高强细晶铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝锌镁铜系高强细晶铝合金及其制备方法，该合金中各元素质量百分比如下：Zn 5.7～6.7wt％，Mg 1.9～2.6wt％，Cu 2.0～2.6wt％，余量为Al。其制备方法包括如下步骤：S1：将纯Al、纯Zn、纯Mg和纯Cu粉末按照指定配比通过真空球磨进行机械合金化得到铝锌镁铜纳米合金粉末；S2：将步骤S1获得的铝锌镁铜纳米合金粉末进行放电等离子烧结得到铝锌镁铜系高强细晶铝合金，烧结温度为450～550℃，烧结压力为40Mpa～70Mpa。本发明的铝锌镁铜合金与传统铸造法制备出的铝锌镁铜合金相比，抗压强度提高28.6％，硬度提高53.4％。

技术领域

本发明属于高强度铝合金材料及粉末冶金技术领域，更具体地，涉及一种铝锌镁铜系高强细晶铝合金的制备方法。

背景技术

铝锌镁铜系变形铝合金具有高强度、高密度和优良的加工成形性能等优点，是航空航天及核工业中重要的结构材料。但是，目前用传统铸造法制备的铝锌镁铜合金组织粗大且第二相分布不均匀，强度和硬度的提升空间有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种制备高强细晶铝锌镁铜合金及其制备方法，其目的在于，利用放电等离子烧结法结合适当材料配比快速制备铝锌镁铜合金，从而得到一种晶粒细小，强度和硬度大幅度提高的高强铝合金。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铝锌镁铜系高强细晶铝合金，包括Al、Zn、Mg和Cu四种元素，各元素质量百分比如下：Zn 5.7～6.7wt％，Mg 1.9～2.6wt％，Cu 2.0～2.6wt％，余量为Al。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了上述铝锌镁铜系高强细晶铝合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：将纯Al、纯Zn、纯Mg和纯Cu粉末按照指定配比通过真空球磨进行机械合金化得到铝锌镁铜纳米合金粉末；

S2：将步骤S1获得的铝锌镁铜纳米合金粉末进行放电等离子烧结得到铝锌镁铜系高强细晶铝合金，烧结温度为450～550℃，烧结压力为40MPa～70MPa。

进一步地，步骤S1中，各粉末的粒度如下：

Al粉粒度38-75μm，Zn粉粒度23μm，Cu粉粒度20μm，Mg粉粒度75-150μm。

进一步地，步骤S1中，将纯Al、纯Zn、纯Mg和纯Cu的混合粉末放入球磨机，球料比为20:1～30:1，转速为300r/min～400r/min，间歇式双向湿磨20～40小时。

进一步地，球磨中置有直径为Φ5mm和Φ10mm的球，两种球的质量比为2:1～3:1。

进一步地，球磨采用行星球磨机，两种球均为不锈钢304球，硬度HRC≥60。

进一步地，步骤S1的机械合金化过程中加入过程控制剂；在进行步骤S2的放电等离子烧结之前，先将步骤S1获取的铝锌镁铜纳米合金粉末在真空干燥箱中干燥，去除残留的过程控制剂。

进一步地，步骤S2中将铝锌镁铜纳米合金粉末置入石墨模具中进行放电等离子烧结，石墨模具的内孔孔径为Φ10mm～Φ30mm。

进一步地，步骤S2中，将铝锌镁铜纳米合金粉末装入石墨模具中进行真空放电等离子烧结，真空度≤0.01Pa，烧结温度为450～550℃，保温时间3～5min，预压压力为10MPa～25MPa，温度升高到100℃后对试样施加的轴向压力为40MPa～70MPa。

进一步地，预压压力设定为对试样施加的轴向压力的三分之一。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：