一种耐热铝合金的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种耐热铝合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]铝是一种在地壳中分布广泛的金属元素，纯铝具有质量轻、密度小、可塑性好等优点，可以进行各种机械加工。但是纯铝的强度低，因此只有通过合金化才能得到可作为结构材料使用的各种铝合金。铝合金以铝为基体，可以根据不同的需要添加铜、硅、镁、锌、锰、镍、铁、钛、铬或锂等金属。铝合金的密度低，强度和比刚度高，主要分为两大类:铸造铝合金和变形铝合金，主要用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。目前铝合金已成为继钢铁之后应用最广泛的金属材料。常规的铝合金的制备过程比较复杂，第一步将铝锭熔化后加入合金元素，通过搅拌使其合金化，浇铸冷凝后得到铝合金锭;第二步将铝合金锭车掉氧化物外表皮，再将该铝合金锭预热后经挤压机挤出得到铝合金棒，此时得到的棒材性能较低，不能直接使用;第三步将铝合金棒在一定温度下进行固溶处理;第四步对棒材在一定温度下进行时效处理，使得金属间化合物沉淀在晶界上从而起到增强效果，最终使得材料获得理想的力学性能。
[0003]随着航空、航天、国防及现代工业的发展，结构材料的工作环境和服役条件愈来愈苛刻，人们对轻质结构材料同样提出了愈来愈高的性能指标。针对航空航天及耐热零部件，如火箭壳体、导弹尾翼、航空发动机前级定子叶片等，总体上均要求材料具有良好的室温和高温强度。对于飞机、航空发动机的结构件要求在315°C，保留10000小时，室温和高温性能几乎无损失。美国材料协会与空军实验室提出，希望将常规铝合金的稳定服役温度提高到350 °C以上从而替代钛合金使用。对于目前铸造和变形铝合金而言基本上达不到上述指标，主要原因是它们的工作温度只要高于Tm/2(Tm为熔点)后，就会由于沉淀相的快速长大及晶粒的过度粗化而导致性能迅速恶化，从而失去工作能力。因而如何提高铝合金的室温和高温性能一直是广泛关注的焦点之一。
[0004]随着制备技术和材料科学的发展，现有技术中又出现了利用快速凝固技术和喷射沉积技术制备铝合金，如Al-Fe-Si系合金已经具有优异的室温和高温性能，在耐热铝合金中独树一帜，获得材料界的广泛关注。由于快凝技术和喷射成型技术的工艺要求和设备要求相对较高，从而导致制备成本偏高，极大地限制了该类耐热铝合金的应用与推广，此外当工作时间超过2000小时后，该类材料的高温强度下降了近50 %，5000小时后，高温强度更是大幅下降。
[0005]因此，开发一种高温下超长时间使用，依然具有较好的高温力学性能的的高强耐热铝合金具有重要实际意义。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐热铝合金的制备方法，本发明提供的制备方法，能够使得铝合金具有更好的高温力学性能，同时制备方法简单，成本低，易于实现规模化生产。
[0007]本发明提供了一种耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤，
[0008]a)将99.1?100重量份的招粉、O?0.4重量份的硼粉和O?0.5重量份的铁粉进行高能球磨后，得到混合粉末；
[0009]b)将所述混合粉末经过等静压成型后，得到预制坯；
[0010]c)将步骤b)得到的预制坯预热后，再进行热挤压，得到铝合金。
[0011 ]优选的，所述混合粉末的粒度为小于等于SOOnm;
[0012]所述硼粉的粒度小于等于Ιμπι;所述铁粉的粒度小于等于Ιμπι;所述铝粉的粒度小于等于380目。
[0013]优选的，所述硼粉的纯度大于等于99.9%;所述铁粉的纯度大于等于99.9%;所述铝粉的纯度大于99.7%。
[0014]优选的，所述高能球磨的时间为20?60h;所述高能球磨的球料比为(7?12):1。
[0015]优选的，所述步骤a)具体为，
[0016]将防锻剂、99.1?100重量份的铝粉、O?0.4重量份的硼粉和O?0.5重量份的铁粉进行高能球磨后，得到混合粉末；
[0017]所述防锻剂为无水乙醇、聚乙二醇、正己烷和煤油中的一种或多种。
[0018]优选的，所述等静压成型为冷等静压成型；
[0019]所述冷等静压成型的压力为100?300MPa;所述冷等静压成型的时间为0.5?1min0
[0020]优选的，所述预热的温度为450?480°C ;所述预热的时间为30?120min。
[0021 ]优选的，所述热挤压的温度为400?450°C ;所述热挤压的压力为1600?2000T。
[0022]优选的，所述热挤压的挤压比为(12?25): I;所述热挤压的挤压速度为0.5?3mm/
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[0023]本发明还提供了一种如上述任意一项技术方案所制备的耐热铝合金，包括:
[0024]硼O?0.4 重量份；
[0025]铁O?0.5 重量份；
[0026]铝99.1?100重量份。
[0027]本发明提供了一种耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤，首先将99.1?100重量份的铝粉、O?0.4重量份的硼粉和O?0.5重量份的铁粉进行高能球磨后，得到混合粉末;然后将所述混合粉末经过等静压成型后，得到预制坯;最后将上述步骤得到的预制坯预热后，再进行热挤压，得到铝合金。与现有技术相比，本发明利用高能量干式球磨过程，在高能量磨球介质的碰撞作用下，使各组分粉末之间发生反复的冷焊和断裂，形成细化的复合颗粒，发生固态扩散反应，使得微量的合金元素的原子进入金属铝的晶格得到了细小均匀的铝合金固溶体复合粉末;再利用等静压对粉体进行加压成型，获得均匀的坯体;然后进行预热，将包裹在颗粒表面的气体释放出去，重新暴露高活性表面;最后通过热挤压过程将坯体中的具有高活性表面的粉体颗粒快速烧结成型，使颗粒间实现有效键合，制得的铝合金的微观组织细小均匀，最终实现了铝合金高温性能的提高；更重要的是本发明全程可在空气气氛下进行。本发明提供的制备方法具有挤压时同时实现快速烧结，无需单独的烧结过程以及后续的固溶、时效等热处理过程即可实现高性能的特点，同时具有工艺简捷、操作方便、步骤少等优点，适合于大规模的工业化生产。实验结果表明，本发明制备的耐热铝合金，其室温抗拉强度能达到550MPa，300°C下5000小时后持久强度为248MPa。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例2制备的铝合金的扫描电镜照片；
[0029]图2为本发明实施例2制备的铝合金的合金元素B的面扫描图谱；
[0030]图3为本发明实施例2制备的铝合金的合金元素Fe的面扫描图谱。
【具体实施方式】
[0031]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
[0032]本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
[0033]本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
[0034]本发明提供了一种耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤，
[0035]a)将99.1?100重量份的招粉、O?0.4重量份的硼粉和O?0.5重量份的铁粉进行高能球磨后，得到混合粉末；
[0036]b)将所述混合粉末经过等静压成型后，得到预制坯；
[0037]c)将步骤b)得到的预制坯预热后，再进行热挤压，得到铝合金。
[0038]本发明首先将99.1?100重量份的铝粉、O?0.4重量份的硼粉和O?0.5重量份的铁粉进行高能球磨后，得到混合粉末。所述铝粉的重量份优选为99.1?100，更优选为99.2?99.9，更优选为99.3?99.8，最优选为99.4?99.6 ；所述硼粉的重量份优选为O?0.4，更优选为0.05?0.35，更优选为0.1?0.3，最优选为0.15?0.25;所述铁粉的重量份优选为O?0.5，更优选为0.05?0.45，更优选为0.1?0.4，最优选为0.2?0.3。
[0039]本发明对所述铝粉的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备铝合金材料的铝粉的纯度即可，本发明优选为大于等于99.7%，更优选为大于等于99.8%，最优选为大于等于99.9%;本发明对所述铝粉的粒度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于细磨前的铝粉的粒度即可，本发明优选为小于等于380目，更优选为小于等于450目，最优选为550?800目。本发明对所述硼粉的纯度没有特别限制，以本领域技