一种微纳米强化高含量铁元素6系铝合金及其制备方法

本发明涉及铝合金，具体涉及一种微纳米强化高含量铁元素6系铝合金及其制备方法。

背景技术：

1、6系铝合金具有较好的机械性能、出色的焊接性能、优异的可成形性和精细的加工能力等优点。此外，6系铝合金还具有密度低、耐腐蚀等优点，广泛的应用于新能源汽车的轻量化型材方面，其不仅要求有较高的性能要求，并且其需求量极大。随着铝消费量的不断增加，社会产生的废铝量也随之增加，然而，由于fe元素在回收过程中难以有效去除，高fe含量的6系铝合金中的不仅会诱发一些有害析出相来劣化性能，同时其在铝合金的回收过程中难以有效去除，这将限制6系铝合金的使用以及铝合金的回收再利用。值得注意的是6系铝合金高温性能差并且高合金含量下成型性面十分困难，这也将对铝合金型材的加工和应用产生一定的不利影响。因此为了应对当今工业生产领域对高性能铝合金的需求、解决高fe含量铝合金成型加工的难题，开发一种高性能可回收的6系铝合金具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种微纳米强化高含量铁元素6系铝合金及其制备方法，通过微量纳米颗粒，改善了可回收的6系铝合金强度，制备方法简单高效，制造周期短，经久耐用，模块表面光洁无裂纹，对提升国内可回收的6系铝合金的质量和性能水平、降低生产成本具有重要意义。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种微纳米强化高含量铁元素6系铝合金的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤一、将ti-zr-al合金丝材进入电爆炸反应装置，ti-zr-al合金丝材电爆炸雾化后与氮气反应成微纳米氮化钛、氮化锆和氮化铝颗粒，得到三种微纳米尺寸陶瓷的混合颗粒，制备成含有微纳米氮化钛、氮化锆和氮化铝颗粒的第一混合纳米颗粒；

5、步骤二、用铝镁硅合金带旋转包覆第一混合纳米颗粒与铝镁硅合金粉混合均匀的第二混合颗粒，制备成混合颗粒线材；

6、步骤三、将再生铝的配成六系铝镁硅合金，在燃气中熔炼成铝液，出铝水后进入保温流槽中，在流槽中加吹氮气随流净化，随后随着铝水，添加进入所述混合颗粒线材，并随后在流槽中加在线机械搅拌和超声，铸造成半连铸锭，并在半连铸棒的顶端加超声一直持续到半连铸棒铸造完成；

7、步骤四、将铸锭均匀化处理后进行挤压成型；经t6热处理后，得到微纳米强化高含量铁元素的六系铝合金。

8、作为本发明的进一步改进，在所述步骤一中，制备所述第一混合纳米颗粒，包括如下步骤：

9、步骤1、将ti-zr-al合金丝材进入电爆炸反应装置，钛合金电爆炸雾化后与氮气反应成微纳米氮化钛、氮化锆和氮化铝颗粒，得到三种陶瓷的混合颗粒，即为所述第一混合颗粒；高压高频电压500-2200v，电流30-45a；

10、步骤2、所述混合粉体中，微纳米氮化钛、氮化锆和氮化铝颗粒含量质量分数为1.5％-15％，余量为铝镁硅合金粉，即为所述第二混合颗粒；

11、步骤3、铝合金精炼吹氮气；超声处理频率为2万赫兹，一次浇铸20吨半连铸铸锭；

12、步骤4、挤压温度450-540℃，挤压速率0.15-3.2m/min；热处理工艺：525-548℃下固溶处理8-15h，水淬之后立马在150-190℃下进行5-20h的人工时效处理。

13、作为本发明的进一步改进，所述铝镁硅合金粉的成分为：fe：0.8-1.6wt.％，mn：0.8-1.6wt.％，mg：0.5-1.5wt.％，si：0.8-1.9wt.％，zn：0.15-0.45wt.％，cu:0.0-0.36wt.％，cr：0.10-0.20wt.％，mo：0.10-0.20wt.％，zr：0.12-0.25wt.％，al：余量；所述铝镁硅合金带的成分为：fe：0.8-1.6wt.％，mn：0.8-1.6wt.％，mg：0.5-1.5wt.％，si：0.8-1.9wt.％，zn：0.15-0.45wt.％，cu:0.0-0.36wt.％，cr：0.10-0.20wt.％，mo：0.10-0.20wt.％，zr：0.12-0.25wt.％，al：余量，所述氮气纯度99.9-99.999vol.％，所述ti-zr-al合金丝材成分为：ti：0.55-0.80，zr：0.15-0.45，al:0.05-0.10；直径2.5-3.5毫米。

14、作为本发明的进一步改进，在所述步骤二中，混料机的转速设置为50-100r/min，混料时间设置为20-30h。

15、作为本发明的进一步改进，在所述步骤二中，在真空反应室中充入氮气，使真空反应室内气压控制在0.05mpa-0.25mpa。

16、作为本发明的进一步改进，在所述步骤三中，电阻炉温度设置为1123k，铝合金熔体温度达到1073k后加入mn元素。

17、作为本发明的进一步改进，在所述步骤三中，控制混合颗粒线材加入量，使为微纳米氮化钛、氮化铝和氮化钒颗粒的总质量占铝液的质量为0.015-0.3wt.％，加入混合颗粒线材之前要进行预热到500℃。

18、作为本发明的进一步改进，在所述步骤四中，将铝锭加热到450-540℃，进行挤压成型，挤压速率0.15-3.2m/min。

19、作为本发明的进一步改进，在所述步骤四中，热处理的过程为：525-548℃下固溶处理8-15h，水淬之后立马在150-190℃下进行5-20h的人工时效处理。

20、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的微纳米强化高含量铁元素6系铝合金。

21、本发明具有如下有益效果：

22、本发明通过微量纳米颗粒，改善了可回收的6系铝合金强度，制备方法简单高效，制造周期短，经久耐用，模块表面光洁无裂纹，一定程度上解决了富铁相所带来的不良影响并且利于高合金成分的6系铝合金挤压成型，得到更加优异的室温和高温性能，对提升国内可回收的6系铝合金的质量和性能水平、降低生产成本具有重要意义。

技术特征：

1.一种微纳米强化高含量铁元素6系铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，制备所述第一混合纳米颗粒，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铝镁硅合金粉的成分为：fe：0.8-1.6wt.％，mn：0.8-1.6wt.％，mg：0.5-1.5wt.％，si：0.8-1.9wt.％，zn：0.15-0.45wt.％，cu:0.0-0.36wt.％，cr：0.10-0.20wt.％，mo：0.10-0.20wt.％，zr：0.12-0.25wt.％，al：余量；所述铝镁硅合金带的成分为：fe：0.8-1.6wt.％，mn：0.8-1.6wt.％，mg：0.5-1.5wt.％，si：0.8-1.9wt.％，zn：0.15-0.45wt.％，cu:0.0-0.36wt.％，cr：0.10-0.20wt.％，mo：0.10-0.20wt.％，zr：0.12-0.25wt.％，al：余量，所述氮气纯度99.9-99.999vol.％，所述ti-zr-al合金丝材成分为：ti：0.55-0.80，zr：0.15-0.45，al:0.05-0.10；直径2.5-3.5毫米。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，混料机的转速设置为50-100r/min，混料时间设置为20-30h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，在真空反应室中充入氮气，使真空反应室内气压控制在0.05mpa-0.25mpa。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，电阻炉温度设置为1123k，铝合金熔体温度达到1073k后加入mn元素。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，控制混合颗粒线材加入量，使为微纳米氮化钛、氮化铝和氮化钒颗粒的总质量占铝液的质量为0.015-0.3wt.％，加入混合颗粒线材之前要进行预热到500℃。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，将铝锭加热到450-540℃，进行挤压成型，挤压速率0.15-3.2m/min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，热处理的过程为：525-548℃下固溶处理8-15h，水淬之后立马在150-190℃下进行5-20h的人工时效处理。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的微纳米强化高含量铁元素6系铝合金。

技术总结
本发明提出了一种微纳米强化高含量铁元素6系铝合金及其制备方法，属于铝合金技术领域。用铝镁硅合金带旋转包覆混合纳米颗粒与铝镁硅合金粉混合均匀的第二混合颗粒，制备成混合颗粒线材；将再生铝的配成六系铝镁硅合金，在燃气中熔炼成铝液，出铝水后进入保温流槽中，在流槽中加吹氮气随流净化，随后随着铝水，添加进入所述混合颗粒线材，铸造成半连铸锭、将铸锭均匀化处理后进行挤压成型；经T6热处理后，得到微纳米强化高含量铁元素的六系铝合金。本发明改善了可回收的6系铝合金强度，制备方法简单高效，制造周期短，经久耐用，模块表面光洁无裂纹，具有重要意义。

技术研发人员：邱丰,高艺成,董柏欣,白玉琢,姜启川
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23