本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板的制备方法。
背景技术：
铝合金的密度低、比强度高，耐腐蚀性能好，加工成形性能好，焊接性能好，弹性模量小，易回收，无低温脆性，非磁性，因此在汽车、船舶、航空航天、核能、石油化工等领域有较为广泛的应用。铝合金大型曲面构件的制造往往是制造业中的一个难题，但是铝合金大型曲面构件是高性能装备轻量化发展不可或缺的基础零件。
目前，铝合金大型曲面构件多是采用拼焊接的方法制造或者通过拼焊板材，利用塑性加工的旋压或者拉伸等成型工艺制造。焊接和焊缝制备的铝合金大型曲面构件中存在着残余应力，会显著降低产品的一致性和可靠性，缩短产品的服役寿命，进而影响铝合金大型曲面构件甚至装备的质量，尤其是生产3米以上的宽幅铝合金薄板的制备方法更有难度。
中国专利cn104289518a公开的一种好宽幅的铝及铝合金中厚板轧制方法，将宽幅小于成品的原始铸锭或者板坯，通过铸锭转向装置使原始铸锭或者板坯沿着自身轴线转动0-90°，经轧辊斜轧或者横轧得到宽度大于原始铸锭或者板坯的成品中厚板，该制备方法需要大型轧制设备，投资巨大。
高硅铝合金的比重小，重量轻，导热性好，热碰撞系数低，体积稳定性好，耐磨、耐腐蚀性好，具有一定高温强度等优点，目前制备的高硅铝合金中由于铝的活性很高，在快速凝固制粉时表面会形成一层氧化膜，导致致密化过程中合金元素的相互扩散受到阻碍，难以形成冶金粘结，而且目前基于高致密度的高硅铝合金的超宽幅薄板方面的研究并不多见。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板的制备方法，将高硅铝合金快速凝固脱皮热挤压得到高硅铝合金，再经冲孔、扩孔、拔长、环轧、多道次温强力变薄旋压成形，多道次冷强力变薄旋压成形，抛光、固溶处理和时效处理，剖开展平成基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板。本发明制备的高硅铝合金材料组织细小、均匀，而且超宽幅，制备方法简单，成本低。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高硅铝合金粉末装入包套，进行真空除气，加热到300-350℃并保温120min以上，使其真空度达8×10-2pa以下，然后继续加热到400-450℃并保温120min以上，使其真空度达1×10-2pa以下，再加热到500-510℃并保温60min以上，使其真空度达8×10-3pa以下，然后将包套封口；
(2)将步骤(1)密封好的包套在350-500℃保温120-360min，待完全加热均匀后，进行脱皮热挤压：模具预热温度300-480℃，挤压筒预热温度350-430℃，挤压比为20-40，挤压速度为0.5-3mm/s，获得高硅铝合金棒材；
(3)将步骤(2)制备的高硅铝合金棒材经机加工除去外围的铝包套，然后在400-500℃下进行固溶处理1.5-4.5h，150-300℃下进行时效处理2-6h，得到高硅铝合金；
(4)将步骤(3)制备的高硅铝合金加热后，在锻造机上冲孔、扩孔和拔长，得到大面积环轧筒坯，然后在环轧机上环轧成大直径旋压筒坯，再在大型强力数控旋压机上进行多道次温强力变薄旋压成形，并进行中间退火处理，多道次冷强力变薄旋压成形，得到筒坯；
(5)将步骤(4)制备的筒坯进行抛光、固溶处理和时效处理，得到超大直径薄壁筒体，剖开展平成基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，封口时，包套内各处的温度均在490-510℃。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，真空除气过程为：由室温加热升温至120-150℃，保温120-150min，使其真空度达8×10-2pa以下，再升温至240-250℃，保温210-250min，使其真空度达8×10-2pa以下，再升温至340-350℃，保温180-210min，使其真空度达8×10-2pa以下，然后继续加热到440-450℃并保温180-210min，使其真空度达8×10-3pa以下，再升温至500℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa，再升温至510℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa以下。
作为上述技术方案的优选，所述升温的升温速率为20℃/30min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，高硅铝合金粉末采用气雾化制粉法获得，高硅铝合金粉末的平均氧含量为0.05-0.2wt％，所述高硅铝合金粉末的成分，以质量分数及，al-(10-25)si-(3-7)fe-(2-6)cu-(0.5-3)mg。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，包套为铝包套，包套上设有包套抽气管，在包套抽气管中设置过滤网，真空机组的抽气管与包套抽气管之间连接一组过滤装置，防止抽气时包套内的高硅铝合金粉末被抽出，完成除气候，进行焊接封口。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，大直径环轧筒坯的外景为1-2m，壁厚为150-300mm，大直径旋压筒坯的外径为1.5-3m，壁厚为50-150mm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，温强力变薄旋压的温度为200-400℃，道次减薄率为25-45％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，多道次冷强力变薄旋压的总减薄率为50-86％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板的宽幅不低于3米。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板中的材料组织细小、均匀，致密度高，致密度达到100％，粉末变形量大，有利于改善粉末界面结合状态，提高合金力学性能，使高硅铝合金材料的室温强度≥450mpa，塑性≥1％，制备的基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板的宽幅不低于3米，甚至可达7m，解决了铝合金大型封头等大型曲面构件成形用无焊缝整体超宽幅铝合金薄板的问题。
(2)本发明制备方法简化了工艺流程，材料利用率高，解决了传统超宽幅铝合金薄板制备投资巨大、成本高、制备难度大的瓶颈问题，而且产品附加值高，降低生产成本，为高性能、高质量高硅铝合金的加工提供了新的途径，提高了轻质大型曲面构件的质量，制备的超宽幅铝合金薄板的适用性强，具有良好的通用性，可用于航空航天、汽车等领域，应用前景好。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
先雾化制粉法制得150目高硅铝合金粉末，然后粉末过筛，选用平均粒径≤150目的高硅铝合金粉末，装入铝包套中，然后将纯铝包套置于除气炉中，在除气炉的上部和中下部分别设有电热偶测量温度，用真空机组进行真空除气，以20℃/30min的速率升温至120℃，保温120min，使其真空度达8×10-2pa；再以20℃/30min的速率升温至240℃，保温210min，使其真空度达8×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至340℃，保温180min，使其真空度达8×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至440℃，保温180min，使其真空度达1×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至480℃，保温60min，使其真空度达8×10-3pa，再以20℃/30min的速率升温至500℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa，再以20℃/30min的速率升温至510℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa；然后将包套封口，封口时，由于除气炉中下部位置的温度通常稍高，要求位于中下部的热电偶的实际温度必须在490-510℃，不得超过510℃，确保包套内各处的温度在490-510℃，封口时封口2道，第3道掐断焊接。
密封好的包套在450℃加热210min，使包套及高硅铝合金粉末完全加热均匀，然后进行脱皮热挤压，挤压模具4预热至430℃，挤压筒1预热至350℃，用石墨粉作为润滑剂，挤压比为36，挤压速度为1.5mm/s，获得致密度为100％的高致密度的高硅铝合金棒材。
通过机加工去除高硅铝合金棒材外围的铝皮包套，然后在460℃固溶处理120min，在170℃进行时效处理180min，得到成品高硅铝合金al-16si-3.5fe-2.3cu-0.5mg。
将高硅铝合金锻造并机加工成外径为1.6m，壁厚为260mm的锻环，将锻环环轧并机加工成外径为2.2m，壁厚为120mm的旋压筒坯。在大型强力数控旋压机上对旋压筒坯进行温旋和冷旋强力变薄旋压，经4道次温旋压成壁厚为28mm的半成品筒体，温旋压温度为300℃，道次减薄率为30％。对温旋半成品筒体进行中间退火处理，退火温度为405℃，保持时间为3h，然后随炉冷却至室温，退火间总减薄率为76.7％。随后进行冷强力变薄旋压，经3道次旋压成壁厚为8mm的半成品筒体，道次减薄率为35％。对冷旋压筒体进行中间退火处理，退火温度为405℃，保持时间为3h，然后随炉冷却至室温，退火间总减薄率为71.4％。继续进行冷强力变薄旋压，经3道次旋压成壁厚为3mm的大直径超薄壁筒体，道次减薄率为27.5％。对大直径超薄壁筒体进行抛光，即进行外表面滚光处理，去除旋压纹，然后进行固溶处理和时效处理，固溶温度为505℃，固溶时间为1.5h，时效温度为180℃，时效时间为10h。最后展开成5.5m×5.5m×3mm的基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板。
实施例2：
先雾化制粉法制得200目高硅铝合金粉末，然后粉末过筛，选用平均粒径≤150目的高硅铝合金粉末，装入铝包套中，然后将纯铝包套置于除气炉中，在除气炉的上部和中下部分别设有电热偶测量温度，用真空机组进行真空除气，以20℃/30min的速率升温至150℃，保温120min，使其真空度达8×10-2pa；再以20℃/30min的速率升温至250℃，保温210min，使其真空度达8×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至350℃，保温180min，使其真空度达8×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至450℃，保温180min，使其真空度达1×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至490℃，保温60min，使其真空度达8×10-3pa，再以20℃/30min的速率升温至500℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa，再以20℃/30min的速率升温至510℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa；然后将包套封口，封口时，由于除气炉中下部位置的温度通常稍高，要求位于中下部的热电偶的实际温度必须在490-510℃，不得超过510℃，确保包套内各处的温度在490-510℃，封口时封口2道，第3道掐断焊接。
密封好的包套在470℃加热180min，使包套及高硅铝合金粉末完全加热均匀，然后进行脱皮热挤压，挤压模具4预热至450℃，挤压筒1预热至400℃，用石墨粉作为润滑剂，挤压比为28，挤压速度为1mm/s，获得致密度为100％的高致密度的高硅铝合金棒材。
通过机加工去除高硅铝合金棒材外围的铝皮包套，然后在480℃固溶处理90min，在180℃进行时效处理150min，得到成品高硅铝合金al-20si-5fe-4.3cu-1.5mg。
将高硅铝合金锻造并机加工成外径为1.6m，壁厚为260mm的锻环，将锻环环轧并机加工成外径为2.2m，壁厚为120mm的旋压筒坯。在大型强力数控旋压机上对旋压筒坯进行温旋和冷旋强力变薄旋压，经6道次温旋压成壁厚为18mm的半成品筒体，温旋压温度为350℃，道次减薄率为27％。对温旋半成品筒体进行中间退火处理，退火温度为450℃，保持时间为3h，然后随炉冷却至室温，退火间总减薄率为85％。随后进行冷强力变薄旋压，经5道次旋压成壁厚为3mm的大直径超薄壁筒体，道次减薄率为30％。对大直径超薄壁筒体进行抛光，即进行外表面滚光处理，去除旋压纹，然后进行固溶处理和时效处理，固溶温度为525℃，固溶时间为1.5h，时效温度为165℃，时效时间为8h。最后展开成5.5m×5.5m×3mm的基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板。
实施例3：
先雾化制粉法制得200目高硅铝合金粉末，然后粉末过筛，选用平均粒径≤150目的高硅铝合金粉末，装入铝包套中，然后将纯铝包套置于除气炉中，在除气炉的上部和中下部分别设有电热偶测量温度，用真空机组进行真空除气，以20℃/30min的速率升温至150℃，保温150min，使其真空度达8×10-2pa；再以20℃/30min的速率升温至250℃，保温240min，使其真空度达8×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至350℃，保温210min，使其真空度达8×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至450℃，保温210min，使其真空度达1×10-2pa，再以20℃/30min的速率升温至490℃，保温60min，使其真空度达8×10-3pa，再以20℃/30min的速率升温至500℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa，再以20℃/30min的速率升温至510℃，保温180min，使其真空度达8×10-3pa；然后将包套封口，封口时，由于除气炉中下部位置的温度通常稍高，要求位于中下部的热电偶的实际温度必须在490-510℃，不得超过510℃，确保包套内各处的温度在490-510℃，封口时封口2道，第3道掐断焊接。
密封好的包套在480℃加热240min，使包套及高硅铝合金粉末完全加热均匀，然后进行脱皮热挤压，挤压模具4预热至470℃，挤压筒1预热至420℃，用石墨粉作为润滑剂，挤压比为23，挤压速度为0.5mm/s，获得致密度为100％的高致密度的高硅铝合金棒材。
通过机加工去除高硅铝合金棒材外围的铝皮包套，然后在480℃固溶处理180min，在180℃进行时效处理180min，得到成品高硅铝合金al-23si-4fe-4.3cu-1mg。
将高硅铝合金锻造并机加工成外径为1.2m，壁厚为220mm的锻环，将锻环环轧并机加工成外径为1.8m，壁厚为100mm的旋压筒坯。在大型强力数控旋压机上对旋压筒坯进行温旋和冷旋强力变薄旋压，经5道次温旋压成壁厚为14.5mm的半成品筒体，温旋压温度为350℃，道次减薄率为32％。对温旋半成品筒体进行中间退火处理，退火温度为450℃，保持时间为3h，然后随炉冷却至室温。随后进行冷强力变薄旋压，经4道次旋压成壁厚为2.5mm的大直径超薄壁筒体，道次减薄率为35％。对大直径超薄壁筒体进行抛光，即进行外表面滚光处理，去除旋压纹，然后进行固溶处理和时效处理，固溶温度为525℃，固溶时间为1h，时效温度为165℃，时效时间为8h。最后展开成4.5m×4.5m×2.5mm的基于快速凝固粉末冶金高硅铝合金的超宽幅铝合金薄板。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。