[发明专利]一种含原位合成增强相的高强铝合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种含原位合成增强相的高强铝合金，包括单壁碳纳米管为0.01wt％～0.15wt％，原位合金相Al₂₀Zn₇₉Mg₁为1wt％～10wt％，Mg粉末为0.1925wt％～1.925wt％，余量铝基体为87.925wt％～98.7975wt％；并通过称超声波分散混合均匀进行混合和热压烧结成型得到高强铝合金基复合材料；经过对预合金粉7075铝合金基体中加入单壁碳纳米管和原位合金相Al₂₀Zn₇₉Mg₁调整获得性能更佳的7075高强铝合金；该铝基复合材料具有优异的综合性能。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，特别涉及一种含原位合成增强相的高强铝合金，以及该复合材料的制备方法。

背景技术

在增强基复合材料技术领域，铝合金基复合材料具有比强度和比模量高，热膨胀系数低，高温性能好的特点，且兼具有良好的耐疲劳性和耐磨性；同时铝合金基复合材料基体选择范围广、材料加工工艺成熟，具有优良的塑性成形性能，同时可热处理性能好，易于加工制备。已成为航空、航天及其他尖端技术部门研究发展的高性能材料的一个重要方向，也是近年来国内外新材料研究的热点之一。通过对铝合金基复合材料基体和增强相成分、含量、分布的优化设计，可以组合出特定的力学性能和物理性能，以满足不同产品性能的需求。

变形铝合金7075是商用最多铝合金之一，具有优异的抗腐蚀性能、良好机械性能；7075材料一般都加入少量铜、铬等合金，强度高、远胜任何软钢。代表用途有航空航天、模具加工、机械设备、工装夹具，特别用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构体，也是近年来国内外新材料研究的热点之一。开发具有更优质的超高强度的7075铝合金具有十分紧迫的现实意义，具有显著的经济效益和社会效益。但是，如何通过对铝基复合材料基体和增强相成分、含量、分布的优化设计，可以组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要，还存在很多需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种含原位合成增强相的高强铝合金，其单壁碳纳米管和原位合金相作为增强相对7075铝基材料起增强作用，该复合材料通过粉末冶金烧结的方法制备而得，从而形成含原位合成增强相的高强铝合金；该方法为制备高性能铝基复合材料提供了一种性能稳定，工艺可控，可实现工业化的新方法和新思路。

为了实现上述目的，本发明提供一种含原位合成增强相的高强铝合金，包括：

单壁碳纳米管为0.01wt％～0.15wt％，原位合金相为1wt％～10wt％，Mg粉末为0.1925wt％～1.925wt％，余量铝基体为87.925wt％～98.7975wt％；

其中，所述原位合金相为Al₂₀Zn₇₉Mg₁粉末；

所述铝基体为7075铝合金，所述7075铝合金为预合金粉。

所述铝基体中原位合金相Al₂₀Zn₇₉Mg₁的Zn和Mg原子比为Zn：Mg＝1～2：1。

所述预合金粉7075铝合金组分为：Si：≤0.4wt％；Zn：5.1～6.1wt％；Cu：1.2～2.0wt％；Mg：2.1～2.9wt％；Cr：0.18～0.28wt％；Mn：≤0.3wt％；Fe：≤0.5wt％；余量为Al。

为了实现上述目的，本发明还提供制备该含原位合成增强相的高强铝合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1原料混合，分别称取单壁碳纳米管、原位合金相、Mg粉末、铝基体预合金粉为原料；将称取的原料在超声波分散混合均匀，得到混合粉末；

S2热压烧结，将步骤S1混合均匀的粉末进行真空热压烧结，得到7075铝合金的铝基复合材料胚体。