一种铝锂合金及其制备方法与流程

本申请涉及冶金领域，具体涉及一种铝锂合金及其制备方法。

背景技术：

1、随着航空、航天、军工、电子等行业的快速发展，对高性能铝合金的使用提出了更高的要求，不仅仅要求铝合金性能越来越高，而且成本要控制最低。铝合金要想提高性能，高合金化和复合化是必选之路。传统高性能铝合金的制备方法主要是熔铸法、喷射成型法和铝基复材制备法。熔铸法存在的问题是合金化存在饱和度限制，不能随意增加合金元素的含量，而且铝液容易被冶金设备材质污染，合金元素烧损，铸造过程产生成分偏析、组织不均匀、热裂纹等缺陷，还存在高耗能、高污染的问题。喷射成型法同样需要先将配比好的铝合金进行熔炼，只是避免了铸造的过程，同样存在铝液容易被冶金设备污染、合金元素易烧损、合金成分不能随意添加配比、吸氢吸氧严重等问题，生产条件苛刻、工艺控制难度大、成本高的问题。粉末冶金法制备的铝基复合材料，需要经过烧结的过程，材料致密度低、存在界面缺陷的问题，而且工艺过程复杂、高耗能。传统增材制造技术难以避免热输入导致的铝锂合金开裂的问题，而且增材粉末质量要求高，成本高。

2、为此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种铝锂合金及其制备方法，以解决现有合金方法中合金配比受饱和度限制，液态冶炼导致杂质多，金相组织枝晶和偏析等现象严重的技术问题。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明的第一方面提供了一种铝锂合金的制备方法，其包括下列步骤：

4、按照所述铝锂合金中各元素的比例，将金属单质粉末和/或合金粉末混合，得到粉末混合物；

5、将所述粉末混合物在惰性气氛中压制成棒材；

6、将所述棒材在惰性气氛中进行增材制造，得到合金坯；所述增材制造是通过搅拌摩擦的方式给料，并且搅拌摩擦的转速为200~5000rpm，棒材的进给速度为10cm3-100cm3/min；

7、将所述合金坯进行精细加工，得到铝锂合金。

8、由此，本发明通过粉末混合、压制成棒材、搅拌摩擦方式的增材制造、精细加工的特定流程制备铝锂合金，至少能达到以下技术效果。

9、（1）由于原料是粉末状配料，不受饱和度的限制，因此可以实现合金成分的自由配方，同时粉末的高比表面积利于提高混合均匀性。

10、（2）所有步骤都在惰性气氛中进行，减小了气体污染。

11、（3）增材制造是通过“搅拌摩擦”的方式给料，由于本发明的搅拌摩擦条件产生的摩擦热可以使原料软化但不会使其变成液态，即达到塑化状态，因此避免了原料变成液态后吸收部分水或气体的问题，降低了合金中氢、氧等杂质的含量，防止氧化和吸氢；另一方面，经过塑化形成的合金致密、成分均匀化程度高，晶粒为细小等轴晶组织，枝晶和偏析问题减轻。

12、（4）增材制造没有利用激光、电子束等手段，更加绿色环保。

13、另外，本发明所述的精细加工包括但不限于均质热处理、扒皮、近净模锻等常规工序，可以根据需要调整。

14、进一步地，所述铝锂合金包括：按质量百分比计，li为0.6~3.0%，cu为2.0~4.5%，mg为0.1~1.0%，ag为0~0.9%，zn为0~1.0%，mn为0~0.8%，re为0~0.2%，zr为0~0.2%，余量为al。本发明的制备方法适用于更宽泛锂含量的合金制备，比现有技术应用更广泛。

15、进一步地，所述压制的过程包括：在10-800mpa压力下保压0.5-10秒。

16、针对不同成分的铝锂合金，增材制造的条件不同，如以下列举。

17、在一些实施方式中，所述铝锂合金包括：li为1.1%，cu为4.3%，mg为0.5%，ag为0.4%， re为0~0.2%，zr为0.2%，余量为al；并且所述增材制造过程中，搅拌摩擦的转速为3000rpm，棒材的进给速度为30 cm3/min。

18、对于这类合金，其优选的压制的过程包括：在100mpa压力下保压0.5-10秒。

19、在一些实施方式中，所述铝锂合金包括：li为1.2%，cu为3.5%，mg为0.4%，ag为0.4%，re为0~0.2%，zr为0.1%，zn为0.1%，余量为al；并且所述增材制造过程中，搅拌摩擦的转速为1800rpm，棒材的进给速度为50 cm3/min。

20、对于这类合金，其优选的压制的过程包括：在30mpa压力下保压0.5-10秒。

21、进一步地，所述压制的过程包括：在10-800mpa压力下保压0.5-10秒。

22、在压制的过程中可以选择合适的模具压成圆形、正方向、多边形等形状的棒状体。压制成型的毛坯，可以用铝箔进行抽真空封装，防止储存、运输过程中的氧化。

23、进一步地，所述金属单质粉末、所述合金粉末的粒径为20-500μm。

24、若原料粉末粒径过小，则比表面积大，不容易压制成坯，若粒径过大，则合金成分混合不均匀。

25、进一步地，所述铝锂合金还包括增强颗粒，所述增强颗粒的粒径为10-30nm，在所述铝锂合金中的体积分数为0.1%~40%；在所述制备方法中，所述增强颗粒在所述混合步骤中加入。

26、在本发明中，若增强颗粒加入量过小，则起不到增强作用；若加入过量，则材料韧性太差。

27、进一步地，所述增强颗粒包括以下原料中的至少一种：sic、al2o3、bn。

28、本发明的第二方面提供了一种铝锂合金，其采用第一方面提供的制备方法制得。

29、以下述合金组成的样品为例，采用本发明的制备方法得到的合金抗拉强度可以达到680mpa以上，屈服强度可以达到560mpa以上，延伸率可达到10%以上：按质量百分比计，li为0.6~3.0%，cu为2.0~4.5%，mg为0.1~1.0%，ag为0~0.9%，zn为0~1.0%，mn为0~0.8%，re为0~0.2%，zr为0~0.2%，余量为al。

30、本发明中的“粒径”指中位粒径。

31、综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

32、（1）由于全程惰性气氛进行且无液相存在，因此杂质含量更低，几乎没有吸氢和氧化问题。

33、（2）经过充分的搅拌、摩擦、塑化作用，合金组织致密、成分再次均匀化、晶粒为细小等轴晶组织、无枝晶、消除成分偏析。

34、（3）可以实现合金成分的自由配方。

35、（4）针对不同的合金组成，优化了增材制造的工艺条件，更大程度提高合金性能。

36、（5）通过引入增强颗粒提高了合金强度。

37、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝锂合金包括：按质量百分比计，li为0.6~3.0%，cu为2.0~4.5%，mg为0.1~1.0%，ag为0~0.9%，zn为0~1.0%，mn为0~0.8%，re为0~0.2%，zr为0~0.2%，余量为al。

3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝锂合金包括：li为1.1%，cu为4.3%，mg为0.5%，ag为0.4%， re为0~0.2%，zr为0.2%，余量为al；并且所述增材制造过程中，搅拌摩擦的转速为3000rpm，棒材的进给速度为30 cm3/min。

4. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝锂合金包括：li为1.2%，cu为3.5%，mg为0.4%，ag为0.4%，re为0~0.2%，zr为0.1%，zn为0.1%，余量为al；并且所述增材制造过程中，搅拌摩擦的转速为1800rpm，棒材的进给速度为50 cm3/min。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制的过程包括：在10-800mpa压力下保压0.5-10秒。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述压制的过程包括：在100mpa压力下保压0.5-10秒。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述压制的过程包括：在30mpa压力下保压0.5-10秒。

8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属单质粉末、所述合金粉末的粒径为20-500μm。

9.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铝锂合金还包括增强颗粒，所述增强颗粒的粒径为10-30nm，在所述铝锂合金中的体积分数为0.1%~40%；在所述制备方法中，所述增强颗粒在所述混合步骤中加入。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述增强颗粒包括以下原料中的至少一种：sic、al2o3、bn。

11.一种铝锂合金，其特征在于，采用权利要求1-10任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本申请涉及一种铝锂合金及其制备方法。一种铝锂合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：按照所述铝锂合金中各元素的比例，将金属单质粉末和/或合金粉末混合，得到粉末混合物；将所述粉末混合物在惰性气氛中压制成棒材；将所述棒材在惰性气氛中进行增材制造，得到合金坯；所述增材制造是通过搅拌摩擦的方式给料，并且搅拌摩擦的转速为200~5000rpm，棒材的进给速度为10cm<supgt;3</supgt;‑100cm<supgt;3</supgt;/min；将所述合金坯进行精细加工，得到铝锂合金。本申请解决了合金配比受饱和度限制，液态冶炼导致杂质多，金相组织枝晶和偏析等现象严重的技术问题。

技术研发人员：王卫兵,赵发丽,房立平
受保护的技术使用者：北京索德瀚智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15