CN105908020B - 一种铝‑钨复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝‑钨复合材料的制备方法，其步骤是：先将铝合金原材料放进熔炼炉中熔炼成铝合金熔液；接着将铝合金熔液降温至半固态状态，然后一边搅拌一边向半固态铝合金液中添加钨粉；待钨粉添加完毕后，静置，同时升温至浇铸温度后，再次进行搅拌，搅拌完毕后立即浇铸，得到铝‑钨复合材料。本发明由于采用在铝合金液的半固态状态下加入钨粉，同时进行搅拌，这样能克服钨粉比重大，易沉淀的问题，从而有利于制备出成分均匀的铝‑钨复合材料，而且本发明的工艺简单、生产成本低，可用于结构复杂，多种尺寸产品的制造。
Description
技术领域
本发明属于铝基复合材料制备技术领域，具体是涉及到以钨粉为增强体，通过半固态铸造技术和机械搅拌方法制备铝-钨复合材料。
背景技术
钨具有耐高温、高强度、高硬度和低热膨胀系数的特点，在众多领域中是不可替代的关键材料，尤其在国防军工、航空航天领域中具有特殊地位。但是其高密度和抗氧化性差使其应用受限，因此需要开发综合性能优于钨的特种轻质新型材料。
铝合金中添加钨粉作为增强体，可以获得一种特种轻质合金材料，具有高硬度、高热稳定性、高耐磨性、高弹性模量和低密度优点。由于铝和钨之间存在较大的密度差，因此采用常规的合金熔铸方法，很难得到成分均匀的铝-钨复合材料。
目前，国内外有关铝-钨复合材料的研究，多采用热等静压工艺制备铝-钨复合材料，如专利号为201410010271.5的中国专利公开了一种钨铝合金及其制备方法，该方法选用钨粉和铝粉通过冷等静压成形后，进行热等静压坯料制备、烧结制备铝-钨合金块体材料，该工艺中全程需要进行充气氛保护，防止粉末氧化，对制备环境要求高，混料过程中由于密度差较大，粉末混合均匀难度大；另外，使用热等静压工艺制备的产品尺寸小，形状简单，不适用于大型结构复杂的产品。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种工艺简单、生产成本低，可获得成分均匀的铝-钨复合材料的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的铝-钨复合材料的制备方法，其特点是包括以下步骤：
步骤1）：将铝合金原材料放进熔炼炉中熔炼成铝合金熔液；
步骤2）：将铝合金熔液降温形成为半固态铝合金液，然后一边搅拌，一边加入钨粉；
步骤3）：钨粉添加完毕后，静置，同时升温至浇铸温度，将半固态铝合金液加热成铝合金熔液，再次进行搅拌，搅拌完毕后立即浇铸，得到铝-钨复合材料。
其中，所述铝合金原材料采用7xxx铝合金。
所述铝合金熔液是降温至低于液相线温度20℃-30℃。
所述搅拌的速度为310-350转/分。
所述步骤2）中的搅拌时间为10分钟。
所述步骤3）中的搅拌时间为5分钟。
所述浇铸温度为730℃-750℃。
本发明由于采用在铝合金液的半固态状态下加入钨粉，同时进行搅拌，这样能克服钨粉比重大，易沉淀的问题，从而有利于制备出成分均匀的铝-钨复合材料，而且本发明的工艺简单、生产成本低，可用于结构复杂，多种尺寸产品的制造。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明制备的铸锭上端的显微组织图。
图2为本发明制备的铸锭下端的显微组织图。
具体实施方式
本发明所述的铝-钨复合材料的制备方法，采用的原材料为铝合金和纯钨粉。先按成分表配料，然后使用熔炼炉进行铝合金熔炼，并将铝合金熔液加热到浇铸温度并保温一段时间；然后将铝合金熔液的温度降至低于合金液相线温度20℃-30℃，使铝合金熔液形成为半固态铝合金液，然后加入钨粉，而且是一边加入钨粉，一边进行搅拌，搅拌时间为10分钟；当钨粉加入完毕后，将半固态铝合金液的温度升高至浇铸温度730℃-750℃，即是将添加了钨粉的半固态铝合金液重新加热成铝合金熔液，再次进行搅拌，搅拌时间为5分钟，搅拌完毕后立即浇铸，得到铝-钨复合材料。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
采用本发明制备钨含量为5%的铝-钨复合材料，制备方法如下：
（1）配料：按照成分Zn：12%，Mg：3%，Cu：1.5%，Mn：0.1%，Cr：0.2%，Zr：0.2%，Ti：0.1%，W：5%，Al：77.9%进行配料；
（2）熔炼：在熔炼炉中将纯Zn、纯Mg、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和纯Al加热熔化，并过热至780℃，用六氯乙烷对铝合金熔液进行精炼、扒渣；
（3）添加W粉：铝合金熔液经过精炼、扒渣后，将其温度降至低于液相线温度20-30℃，即620℃，使其形成为半固态铝合金液，然后使用搅拌头对半固态铝合金液进行搅拌，同时添加钨粉，10分钟之内添加完毕，也就是说，搅拌时间为10分钟，搅拌头的转速为310-350转/分；
（4）添加完W粉以后，移开搅拌头，然后静置，同时将半固态铝合金液的温度升至750℃而使其重新形成为铝合金熔液，再次搅拌5分钟之后立即浇铸，制备出成分均匀的铝-钨复合铸锭，如图1和图2所示。
实施例2：
采用本发明制备钨含量为10%的铝钨复合材料，制备方法如下：
（1）配料：按照成分Zn：12%，Mg：3%，Cu：1.5%，Mn：0.1%，Cr：0.2%，Zr：0.2%，Ti：0.1%，W：10%，Al：72.9%进行配料；
（2）熔炼：在熔炼炉中将纯Zn、纯Mg、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和纯Al加热熔化，并过热至780℃，用六氯乙烷对铝合金熔液进行精炼、扒渣；
（3）添加W粉：铝合金熔液经过精炼、扒渣后，将其温度降至低于液相线20-30℃，即620℃，使其形成为半固态铝合金液，然后使用搅拌头对半固态铝合金液进行搅拌，同时添加钨粉，10分钟之内添加完毕，也就是说，搅拌时间为10分钟，搅拌头的转速为310-350转/分；
（4）添加完W粉以后，移开搅拌头，然后静置，同时将半固态铝合金液的温度升至750℃而使其重新形成为铝合金熔液，再次搅拌5分钟之后立即浇铸，制备出成分均匀的铝-钨复合铸锭，如图1和图2所示。
实施例3：
采用本发明制备钨含量为20%的铝钨复合材料，制备方法如下：
（1）配料：按照成分Zn：12%，Mg：3%，Cu：1.5%，Mn：0.1%，Cr：0.2%，Zr：0.2%，Ti：0.1%，W：20%，Al：62.9%进行配料；
（2）熔炼：在熔炼炉中将纯Zn、纯Mg、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和纯Al加热熔化，并过热至780℃，用六氯乙烷对铝合金熔液进行精炼、扒渣；
（3）添加W粉：铝合金熔液经过精炼、扒渣后，将其温度降至低于液相线20-30℃，即620℃，使其形成为半固态铝合金液，然后使用搅拌头对半固态铝合金液进行搅拌，同时添加钨粉，10分钟之内添加完毕，也就是说，搅拌时间为10分钟，搅拌头的转速为310-350转/分；
（4）添加完W粉以后，移开搅拌头，然后静置，同时将半固态铝合金液的温度升至750℃而使其重新形成为铝合金熔液，再次搅拌5分钟之后立即浇铸，制备出成分均匀的铝-钨复合铸锭，如图1和图2所示。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (4)
1.一种铝-钨复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)：将铝合金原材料放进熔炼炉中熔炼成铝合金熔液；
步骤2)：将铝合金熔液降温形成为半固态铝合金液，然后一边搅拌，一边加入钨粉，搅拌的速度为310-350转/分，搅拌时间为10分钟；
步骤3)：钨粉添加完毕后，静置，同时升温至浇铸温度，将半固态铝合金液加热成铝合金熔液，再次进行搅拌，搅拌的速度为310-350转/分，搅拌时间为5分钟，搅拌完毕后立即浇铸，得到铝-钨复合材料。
2.根据权利要求1所述的铝-钨复合材料的制备方法，其特征在于：所述铝合金原材料采用7xxx铝合金。
3.根据权利要求1所述的铝-钨复合材料的制备方法，其特征在于：所述铝合金熔液是降温至低于液相线温度20℃-30℃。
4.根据权利要求1所述的铝-钨复合材料的制备方法，其特征在于：所述浇铸温度为730℃-750℃。
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