[发明专利]一种循环交变应力作用复合纳米相强韧化铝合金的方法

说明书

本发明公开了一种循环交变应力作用复合纳米相强韧化铝合金的方法。在室温下对添加纳米石墨烯的高硅铝合金施加循环交变应力。在循环交变应力作用下铝合金基体不断被注入空位，溶质原子通过空位扩散，在纳米石墨烯和铝基体中不断析出纳米复合强化相，形成高密度位错堆积的均匀化复合纳米结构，从而获得高强韧化铝合金。纳米石墨烯成为有效电子迁移通道，保证了铝合金高导电性能。纳米复合相不降低铝合金导电性能同时有效提高强韧性。

技术领域

本发明属于合金制备和改性领域。具体涉及一种循环交变应力作用复合纳米相强韧化铝合金的方法。

背景技术

6063铝合金具有良好的导电导热性、塑性、可焊性、与耐腐蚀性，被广泛应用于飞机汽车零件、耦合器以及电子器件和接头等领域，然而应用在高强韧高导领域的铝合金非常稀缺。固溶时效处理提高铝合金的强度硬度的同时降低塑韧性及导电性。通过塑性变形，经回复与再结晶，提高强度硬度同时也降低塑韧性和导电性。在铝合金中添加石墨烯可以提高强度，改善导电性能（中国有色金属学报, 2017, 27(11), 1-8），但是石墨烯在铝基体中的分散均匀性不理想，强韧化效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种循环交变应力作用复合纳米相强韧化铝合金的方法，在传统热处理与加工硬化强化铝合金方法之上寻找新的强化方法，通过循环交变应力室温下注入空位，在空位和纳米石墨烯界面处析出复合纳米相，在不降低导电性能的同时使铝合金强韧性提高。

本发明通过如下技术方案予以实现：

（1 ) 设计铝合金原料配方，将Si含量适当提高。

（2）将纯度99.5%纳米石墨烯、纯度99.5%镁粉、纯度99.9%硅粉分别按照占总合金重量比0.5wt%、0.5-0.8wt%、0.5-0.6wt%的比例进行手工混合均匀。铝粉作为粘合剂，与合金粉混合均匀。将混合粉末放入球磨罐中，并加入清洗干净的钨钼合金球，密封抽真空至0.1Pa，再充入氩气。调节球磨转速300-500r/min，球磨30-60 min，使粉末均匀化，将全部粉末均匀附着于钨钼合金球表面，作为合金添加剂待用。

（3）制备铝液。将纯度99.9%的铝锭放入坩埚电阻炉加热熔化，升温速率15-20℃/min，控制温度在700-720℃，保温10-20min，获得铝液。

（4）将合金添加剂加入熔化的铝液中，通氩气不断搅拌均匀，炉温升高至730-750℃，使合金添加剂熔入铝液，捞出钨钼合金球和渣，保温10-20min后，快速浇注到通有冷却水的钢模中，用盐酸清洗回收钨钼合金球。

（5）将步骤（4）铝合金锭加工成标准棒试样，采用高频疲劳试验机自动调频循环应力处理，在100-150 MPa交变应力作用下轴向拉-压循环，时间2-10h进行强韧化。循环交变应力拖拽位错来回移动，将发生循环塑性变形重复注入空位，并在高驱动力下产生溶质聚集体，形成高位错密度的均匀化复合纳米结构。

（6）对实验样品进行微观和性能检测：将步骤（5）得到的铝合金试样使用拉伸试验机和冲击试验机进行实验，测定力学性能，采用电导率测试仪测其电导率。

本发明的技术效果在于：

（1）铝合金在循环交变应力下，不断的向其注入空位，在纳米石墨烯及铝基体界面析出Mg₂Si和Si纳米团簇，提高铝合金的强度同时改善塑韧性。

（2）纳米相石墨烯固溶进铝基体，有助形核生长并与注入空位协同作用，进一步析出纳米团簇颗粒，实现铝合金的强韧化。

（3）纳米石墨烯在铝合金基体中成为有效的电子迁移通道，导电性能更好，工艺简单，生产成本低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。