专利摘要

本发明提供了一种高韧铝合金型材，属于铝合金技术领域。所述铝合金型材的原料组分包括3～5wt％的CNTs‑Al复合粉末和95～97wt％的6063铝合金；所述CNTs‑Al复合粉末中含有CNTs的质量百分比为5～10％，合计100％；本发明还提供了一种高韧铝合金型材制备方法。本发明基于6063铝合金型材，利用CNTs自身优异的力学性能来增强铝合金的力学及加工性能，进而提高了铝合金型材的加工性能。

权利要求

1.一种高韧铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材的原料组分包括3～5wt％的CNTs-Al复合粉末和95～97wt％的6063铝合金，合计100％；其中，所述CNTs-Al复合粉末中含有CNTs的质量百分比为5～10％；

所述CNTs-Al复合粉末是通过如下方法制备得到的：

S1、将四水合醋酸镍或六水合硝酸镍与铝粉按质量比0.2～0.6∶1加入无水乙醇中，超声0.5h，然后在温度60℃下搅拌，直至无水乙醇完全挥发后，再在80～120℃烘干，得到前躯体粉末；

S2、在惰性气体或氮气保护下，将S1制得的前躯体粉末置于真空管式炉中于温度250℃煅烧1～2h后，再以流速150mL/min通入氢气还原1～2h，继续升温至400～550℃保持1h，关掉氢气，随后通入惰性气体或氮气升温至600℃，然后通入碳源气和载气的混合气，反应2～4h，然后关闭混合气，再通入惰性气体或氮气冷却至室温，最后，在惰性气体或氮气的保护下，球磨0.5～1h，得CNTs-Al复合粉末；其中，碳源气为甲烷，通入的流速为60mL/min，载气为惰性气体或氮气，通入的流速为400mL/min，且碳源气与载气的体积比为1∶5。

2.根据权利要求1所述高韧铝合金型材，其特征在于，所述球磨过程中，球料比为10:1，球磨转速为200～500rpm。

3.根据权利要求1或2所述高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、称取6063铝合金原料加入到真空熔炉中，在惰性气体或氮气保护下，加热至680～700℃，待铝锭完全熔化后，将所述CNTs-Al复合粉末均匀的投入到熔炉内的铝熔体中，继续升温至720℃，保温熔炼并电磁搅拌0.5～1h，随后通入氮气进行精炼0.3～0.5h，其后静置保温0.3～0.5h，然后继续升温至730～740℃下进行半连续浇筑，得到铝合金铸锭；

S2、将S1得到的铝合金铸锭，于520～540℃保温4～6h进行均匀化处理，之后冷却；

S3、将S2处理后的铝合金铸锭加热至450～500℃后进行挤压成型，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；

S4、将S3得到的型材在200℃保温2～4h进行时效固溶处理，得到高韧铝合金型材。

4.根据权利要求3所述高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述CNTs-Al复合粉末投入时，在熔炉内从下至上均匀的投入于铝熔体内。

5.根据权利要求3所述高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述精炼处理过程中，通入氮气压力为0.15～0.2atm，流量为1.2～2m3/min。

6.根据权利要求3所述高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述半连续浇筑过程中，控制浇筑温度为710～720℃。

7.根据权利要求3所述高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述挤压成型时，挤压压力为180～200MPa，挤压速度为12～15m/min。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种高韧铝合金型材及其制备方法。

背景技术

铝合金型材是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶，建筑，装修及化学工业中已大量应用。

随着人们对节能环保问题的日益关注，使得汽车结构件、建筑材料以及装修材料等朝着轻量化方向发展，这对铝合金的强度和塑性等提出了更高的要求。目前，铝合金型材的各项力学性能很难兼顾，强度和硬度依然较低，且塑性、韧性表现较差，主要是由于熔炼过程中晶粒生长，导致铝合金型材的力学性能大大降低，使得铝合金型材的加工性能降低，现有技术中为了对铝合金微观组织中的晶粒进行细化，通常采用晶粒细化剂进行变质细化，达到细化晶粒的效果，得到超细晶铝合金材料，来改善铝合金塑性、韧性等加工性能，但是变质细化中的中间合金等对细化温度及加入方式要求严格，其加入后容易产生大量气体，污染环境，使铝液吸气严重，同时其容易在铸件中形成针孔等缺陷，细化工艺过程复杂，也很难在退火等热加工过程中进行再结晶细化，再结晶过程只会在组织中形成晶粒更加狭长粗大的近似等轴晶或柱状晶。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种高韧铝合金型材及其制备方法。

本发明第一个目的提供一种高韧铝合金型材，所述铝合金型材的原料组分包括3～5wt％的CNTs-Al(碳纳米管-Al)复合粉末和95～97wt％的6063铝合金，合计100％；其中，所述CNTs-Al复合粉末中含有CNTs的质量百分比为5～10％。

优选的，所述CNTs-Al复合粉末是通过如下方法制备得到的：

S1、将四水合醋酸镍或六水合硝酸镍与铝粉按质量比0.2～0.6∶1加入无水乙醇中，并超声0.5h，然后在温度60℃下搅拌，直至无水乙醇完全挥发后，再在80～120℃烘干，得到前躯体粉末；其中，无水乙醇的质量用量为铝粉质量30倍；

S2、在惰性气体或氮气保护下，将S1制得的前躯体粉末置于真空管式炉中于温度250℃煅烧1～2h后，再以流速150mL/min通入氢气还原1～2h，继续升温至400～550℃保持1h，关掉氢气，随后通入惰性气体或氮气升温至600℃，然后通入碳源气和载气的混合气，反应2～4h，然后关闭混合气，再通入惰性气体或氮气冷却至室温，最后，在惰性气体或氮气的保护下，球磨0.5～1h，得CNTs-Al复合粉末；其中，碳源气为甲烷，通入的流速为60mL/min，载气为惰性气体或氮气，通入的流速为400mL/min，且碳源气与载气的体积比为1∶5。

优选的，所述球磨过程中，球料比为10:1，球磨转速为200～500rpm。

本发明第二个目的提供一种高韧铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：

S1、称取6063铝合金原料加入到真空熔炉中，在惰性气体或氮气保护下，加热至680～700℃，待铝锭完全溶化后，将所述CNTs-Al复合粉末均匀的投入到熔炉内的铝熔体中，继续升温至720℃，保温熔炼并电磁搅拌0.5～1h；随后通入氮气进行精炼0.3～0.5h，其后静置保温0.3～0.5h，然后继续升温至730～740℃下进行半连续浇筑，得到铝合金铸锭；

S2、将S1得到的铝合金铸锭，于520～540℃保温4～6h进行均匀化处理，之后冷却；

S3、将S2处理后的铝合金铸锭加热至450～500℃后进行挤压成型，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；

S4、将S3得到的型材在200℃保温2～4h进行时效固溶处理，得到高韧铝合金型材。

优选的，所述CNTs-Al复合粉末投入时，在熔炉内从下之上均匀的投入于铝熔体内。

优选的，所述精炼处理过程中，通入氮气压力为0.15～0.2atm，流量为1.2～2m³/min。

优选的，所述半连续浇筑过程中，控制浇筑温度为710～720℃。

优选的，所述挤压成型时，挤压压力为180～200MPa，挤压速度为12

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种高韧铝合金型材，基于现有的6063铝合金型材，利用CNTs自身优异的力学性能来增强铝合金的力学及加工性能，主要是由于CNTs加入到铝合金中可以抑制晶粒生长，且在塑性变形过程中阻碍位错的运动形成位错塞积，避免形成亚晶界，从而细化了基体晶粒长大，进而提高了铝合金型材的加工性能，另外，CNTs和铝基体间适中的界面结合实现CNTs有效承担和传递载荷的关键，又由于CNTs自身比表面积非常大，进一步增加界面附近的位错密度，而形成了位错阻碍，使裂纹的出现和扩展都受到了阻碍，进一步增强了铝合金的强度。

本发明采用化学气相沉积法原位合成CNTs-Al复合粉末，而获得CNTs均匀分散在铝粉表面的复合粉末，且通过短时间的球磨，能够将CNTs嵌入铝粉内部，而进一步提高CNTs在铝合金熔体的分散性，避免CNTs-Al复合粉末在铝合金熔体中发生团聚。另外，采用化学气相沉积法原位合成的CNTs，结晶度保持了自身完整结构，在1000℃以内的高温都不会和铝基体发生反应。

本发明还提供一种高韧铝合金型材制备方法，将CNTs-Al复合粉末均匀的投入至铝熔体中，且在真空中熔炼，一方面，能够避免CNTs其表面产生缺陷，且能够促进CNTs-Al复合粉末中无定形的碳与熔体中微量的单质硅反应生成SiC，使得微量SiC进入CNTs的团聚体内，有利于CNTs的分散，从而进一步提高CNTs-Al复合粉末在铝熔体中分散性；一方面避免了铝在熔融状态下，生成Al₂O₃氧化膜，且在熔炼时不必使用覆盖剂，可以将熔炼过程中散发出的气体及时带走。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

需要说明的是，以下各实施例所采用的CNTs-Al复合粉末均采用如下制备方法制备得出，具体包括以下制备方法：

S1、将四水合醋酸镍或六水合硝酸镍与铝粉按质量比0.2～0.6∶1加入无水乙醇中，超声0.5h，然后在温度60℃下搅拌，直至无水乙醇完全挥发后，再在80～120℃烘干，得到前躯体粉末；其中，无水乙醇的质量用量为铝粉质量30倍；

S2、在氩气或氮气保护下，将S1制得的前躯体粉末置于真空管式炉中于温度250℃煅烧1～2h后，以流速150mL/min通入氢气在温度250℃还原1～2h后，继续升温至400～550℃保持1h，关掉氢气，再通入氩气升温至600℃，然后通入碳源气和载气的混合气，反应2～4h，随后关闭混合气，再通入氩气或氮气冷却至室温，最后，在氩气或氮气的保护下，球磨0.5～1h，得CNTs-Al复合粉末；其中，碳源气为甲烷，通入的流速为60mL/min，载气为氩气或氮气，通入的流速为400mL/min，且碳源气与载气的体积比为1∶5；其中，球磨过程中，球料比为10:1，球磨转速为200～500rpm。

该方法制备出的CNTs-Al复合粉末中含有CNTs的质量百分比为5～10％。

实施例1

一种高韧铝合金型材，所述铝合金型材的原料组分包括4wt％的CNTs-Al复合粉末和96wt％的6063铝合金，合计100％；其中，所述CNTs-Al复合粉末中含有CNTs的质量百分比为7％；所述6063铝合金中含有以下质量百分比的元素：

Mg：0.50％；Si：0.4％；Cu：≤0.10％；Zn：≤0.10％；Cr≤0.10％；Fe：≤0.35％；Sr：0.03％；Zr：0.02％；RE：0.06％；余量为Al和不可避免的杂质。

上述所述的高韧铝合金型材制备方法包括以下步骤：

S1、称取6063铝合金原料加入到真空熔炉中，在氩气或氮气保护下，加热至690℃，待铝锭完全溶化后，将CNTs-Al复合粉末在熔炉内从下之上均匀的投入到铝熔体内，继续升温至720℃，保温熔炼并电磁搅拌0.8h；随后通入压力为0.15atm、流量为1.5m³/min的氮气进行精炼0.4h，其后静置保温0.4h，然后继续升温至735℃下进行半连续浇筑，控制浇筑温度为715℃，得到铝合金铸锭；

S2、将S1得到的铝合金铸锭，于530℃保温5h进行均匀化处理，之后冷却；

S3、将S2处理后的铝合金铸锭加热至480℃后进行挤压成型，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；其中，挤压压力为190MPa，挤压速度为13m/min；

S4、将S3得到的型材在200℃保温3h进行时效固溶处理，得到高韧铝合金型材。

实施例2

一种高韧铝合金型材，所述铝合金型材的原料组分包括3wt％的CNTs-Al复合粉末和97wt％的6063铝合金，合计100％；其中，所述CNTs-Al复合粉末中含有CNTs的质量百分比为10％。

上述所述的高韧铝合金型材制备方法包括以下步骤：

S1、称取6063铝合金原料加入到真空熔炉中，在氩气或氮气保护下，加热至700℃，待铝锭完全溶化后，将CNTs-Al复合粉末在熔炉内从下之上均匀的投入到铝熔体内，继续升温至720℃，保温熔炼并电磁搅拌1h；随后通入压力为0.2atm、流量为2m³/min的氮气进行精炼0.5h，其后静置保温0.5h，然后继续升温至740℃下进行半连续浇筑，控制浇筑温度为720℃，得到铝合金铸锭；

S2、将S1得到的铝合金铸锭，于540℃保温6h进行均匀化处理，之后冷却；

S3、将S2处理后的铝合金铸锭加热至500℃后进行挤压成型，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；其中，挤压压力为200MPa，挤压速度为15m/min；

S4、将S3得到的型材在200℃保温4h进行时效固溶处理，得到高韧铝合金型材。

实施例3

一种高韧铝合金型材，所述铝合金型材的原料组分包括5wt％的CNTs-Al复合粉末和95wt％的6063铝合金，合计100％；其中，所述CNTs-Al复合粉末中含有CNTs的质量百分比为5％。

上述所述的高韧铝合金型材制备方法包括以下步骤：

S1、称取6063铝合金原料加入到真空熔炉中，在氩气或氮气保护下，加热至680℃，待铝锭完全溶化后，将CNTs-Al复合粉末在熔炉内从下之上均匀的投入到铝熔体内，继续升温至720℃，保温熔炼并电磁搅拌0.5h；随后通入压力为0.15atm、流量为1.2m³/min的氮气进行精炼0.3h，其后静置保温0.3h，然后继续升温至730℃下进行半连续浇筑，控制浇筑温度为710℃，得到铝合金铸锭；

S2、将S1得到的铝合金铸锭，于520℃保温4h进行均匀化处理，之后冷却；

S3、将S2处理后的铝合金铸锭加热至450℃后进行挤压成型，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；其中，挤压压力为180MPa，挤压速度为12m/min；

S4、将S3得到的型材在200℃保温2h进行时效固溶处理，得到高韧铝合金型材。

本发明实施例1～3提供的高韧铝合金型材，通过对CNTs-Al复合粉末和对6063铝合金进行优化，并采用合适的熔炼、均匀化处理、挤压以及时效处理，是生产出的高韧铝合金型材性能高达到：Rm≥280Mpa，Rp0.2≥240Mpa；延伸率≥15％；高强度高韧性铝合金型材，力学性能高、稳定性好，大大增强了现有技术中6063铝合金的力学性能，超过了国标6063铝合金T6热处理技术指标要求，拓宽了在建筑型材、车辆、飞机、船舶等对6063铝合金型材的实用范围。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

一种高韧铝合金型材及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。