本發(fā)明屬于鋁合金材料及加工領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)韌高導(dǎo)熱耐高溫鋁合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋁合金因其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和良好的加工性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。然而，在高溫環(huán)境下工作的部件，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、活塞，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等，工作環(huán)境溫度通常在300℃以上，對(duì)材料的導(dǎo)熱性、耐高溫性有著極高的需求。

2、目前應(yīng)用較多的耐高溫合金主要是al-cu系合金，但通常需要通過(guò)低溫時(shí)效處理析出ω-al2cu相，達(dá)到強(qiáng)化合金的目的。但當(dāng)服役溫度超過(guò)200℃，這些納米級(jí)析出相會(huì)快速粗化，導(dǎo)致合金高溫力學(xué)性能下降。此外，大量的cu元素以固溶原子或沉淀相的形式存在，降低了合金的導(dǎo)熱性能，使得合金難以同時(shí)兼具高強(qiáng)韌高導(dǎo)熱和耐高溫的特性。而al-si系合金具有第二相體積穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)小，良好的導(dǎo)熱性能的特點(diǎn)。但傳統(tǒng)al-si合金共晶組織粗大，缺乏相應(yīng)的二元析出相和彌散相，實(shí)質(zhì)上難以起到足夠的高溫強(qiáng)化效果。

3、為了解決這一問(wèn)題，研究者通過(guò)在al-si合金中加入fe、ni等具有低擴(kuò)散率和低溶解度的元素，能形成互連的具有高熱穩(wěn)定性金屬間化合物(imc)，提高合金的高溫強(qiáng)度，同時(shí)保證合金的導(dǎo)熱性能。而通過(guò)高壓壓鑄成型al-si-ni-fe-mn合金具有良好的耐高溫性能，但無(wú)法避免形成粗大的imc，降低了合金的塑性(msea?872(2023)144977.)。d.r.manca等人通過(guò)選區(qū)激光熔覆制備了al-si-ni-fe合金，雖具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，但存在明顯的缺陷，細(xì)小的imc分布不均勻(materials?letters?236(2019)676-679.)。且選區(qū)激光熔覆技術(shù)成本較高、無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。

4、因此，有必要通過(guò)一定經(jīng)濟(jì)性的工藝技術(shù)，結(jié)合al-si-ni-fe合金中高體積分?jǐn)?shù)且熱穩(wěn)定性好的第二相，制備出組織細(xì)密、均勻的高導(dǎo)熱耐熱鋁合金。解決鋁合金高強(qiáng)韌、高導(dǎo)熱、耐高溫難以同時(shí)兼具的問(wèn)題，拓寬鋁合金的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，通過(guò)對(duì)鋁合金成分及其粉末冶金工藝調(diào)整和優(yōu)化，提供一種高強(qiáng)韌高導(dǎo)熱耐高溫鋁合金及其制備方法。該合金通過(guò)粉末冶金方法獲得了均勻彌散的細(xì)粒狀imc，由于imc的高體積分?jǐn)?shù)和精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)，其具有卓越室溫和高溫的機(jī)械和導(dǎo)熱性能。合金的室溫抗拉強(qiáng)度341～409mpa，延伸率14.5～15.6％，300℃保溫30min后的高溫拉伸抗拉強(qiáng)度為227～261mpa，延伸率19.6～22.6％，室溫下熱導(dǎo)率146～

2、151w·m-1·k-1，滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。

3、本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)韌高導(dǎo)熱耐高溫鋁合金，由下述組分按重量百分比組成：

4、si:6～12％；

5、ni:1～3％；

6、fe:1～4％；

7、mn:0～3％；

8、余量為al，各組分之和為100％。

9、所述合金組織細(xì)小均勻且具有高熱穩(wěn)定性的含fe和ni的金屬間化合物(imc)，合金的室溫抗拉強(qiáng)度341～409mpa，延伸率14.5～15.6％，300℃保溫30min后的高溫拉伸抗拉強(qiáng)度為227～261mpa，延伸率19.6～22.6％，室溫下熱導(dǎo)率146～151w·m-1·k-1。

10、優(yōu)選地，所述合金中元素si的含量為：6～9％。

11、優(yōu)選地，所述合金中元素ni的含量為：1.2～2.4％。

12、優(yōu)選地，所述合金中元素fe的含量為：2～3％。

13、優(yōu)選地，所述合金中元素mn的含量為1～2％。

14、余量為al，各組分之和為100％。

15、本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)韌高導(dǎo)熱耐高溫鋁合金的制備方法，包括鑄錠制備、氣霧化制粉、制坯及熱擠壓。

16、所述鑄錠制備包括以下步驟及其工藝條件：

17、(1)將原始純al(≥99.8％)、al-20si中間合金、al-10ni中間合金、al-20fe中間合金、al-10mn中間合金按照重量百分比為si:6～12％、ni:1～3％、fe:1～4％、mn:0～3％、其余為al進(jìn)行配料。

18、(2)將上述原料放入熔煉爐內(nèi)熔煉，熔煉溫度為700～750℃，熔煉次數(shù)為2～4次，獲得成分均勻的al-si-ni-fe-mn合金鑄錠。

19、所述氣霧化制粉包括以下步驟及其工藝條件：

20、(1)將al-si-ni-fe-mn合金鑄錠放入氣霧化爐中，使用高純氬氣進(jìn)行霧化，氬氣的壓強(qiáng)為3～6mpa，金屬液過(guò)熱度的取值范圍為100℃～300℃；

21、(2)對(duì)氣霧化球形al-si-ni-fe-mn合金粉末進(jìn)行篩分，篩分后為＜16μm，16～53μm，＞53μm三種顆粒。

22、所述制坯包括以下步驟及其工藝條件：

23、將粉末放入6061鋁合金包套中，冷壓成型，成型壓力為200～400mpa，時(shí)間為5～10s，制成坯樣。

24、所述熱擠壓包括以下步驟及其工藝條件：

25、(1)將坯樣放入電阻爐內(nèi)保溫，其保溫溫度為300～450℃，保溫時(shí)間為30～45min；將擠壓嘴放入電阻爐內(nèi)保溫，其保溫溫度為350～500℃，保溫時(shí)間為30～60min；擠壓模具溫度為350～500℃；

26、(2)將上述保溫結(jié)束的擠壓嘴放入擠壓模具中，放入樣品進(jìn)行熱擠壓，其擠壓比為12～30，隨后空冷至室溫。

27、本發(fā)明優(yōu)選地，該鋁合金粉末冶金工藝，包括以下步驟及其工藝參數(shù)：

28、步驟1：鑄錠制備

29、(1)將原始純al(≥99.8％)、al-20si中間合金、al-10ni中間合金、al-20fe中間合金、al-10mn中間合金按照重量百分比為si:6～12％、ni:1～3％、fe:1～4％、mn:0～3％、其余為al進(jìn)行配料。

30、(2)將上述原料放入熔煉爐內(nèi)熔煉，熔煉溫度為700～720℃，熔煉次數(shù)為2～3次，獲得成分均勻的al-si-ni-fe-mn合金鑄錠；

31、步驟2：氣霧化制粉

32、(1)將al-si-ni-fe-mn合金鑄錠放入氣霧化爐中，使用高純氬氣進(jìn)行霧化，氬氣的壓強(qiáng)為4～5mpa，金屬液過(guò)熱度的取值范圍為100℃～200℃；

33、(2)對(duì)氣霧化球形al-si-ni-fe-mn合金粉末進(jìn)行篩分，篩分后為＜16μm，16～53μm，＞53μm三種顆粒；

34、步驟3：制坯

35、將粉末放入6061鋁合金包套中，冷壓成型，成型壓力為200～300mpa，時(shí)間為5～8s，制成坯樣。

36、步驟4：熱擠壓

37、(1)將坯樣放入電阻爐內(nèi)保溫，其保溫溫度為300～450℃，保溫時(shí)間為30min；將擠壓嘴放入電阻爐內(nèi)保溫，其保溫溫度為350～500℃，保溫時(shí)間為40min；擠壓模具溫度為350～500℃；

38、(2)將上述保溫結(jié)束的擠壓嘴放入擠壓模具中，放入樣品進(jìn)行熱擠壓，其擠壓比為18～25，隨后空冷至室溫。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

40、本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)韌高導(dǎo)熱耐高溫鋁合金及其制備方法(按重量百分比為si6.0～9.0％、ni?1.2～2.4％、fe?2.0～3.0％、mn?1.0～2.0％，余量為al)及其粉末冶金工藝，本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的耐高溫鑄造鋁合金，通過(guò)添加fe，ni元素，并配合粉末冶金工藝，可獲得組織細(xì)小均勻且具有高熱穩(wěn)定性的含fe和ni的金屬間化合物(imc)，顯著提高合金的機(jī)械性能、導(dǎo)熱性能和耐高溫性能。同時(shí)，粉末冶金作為一種近凈成型技術(shù)，材料利用率高，生產(chǎn)效率高，合金缺陷基本消除。以實(shí)施例1為例，實(shí)施例1試樣檢測(cè)結(jié)果表明：其組織呈彌散的細(xì)粒狀，室溫抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率分別為409mpa和15.2％，300℃抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率分別為261mpa和22.1％，熱導(dǎo)率達(dá)到146w·m-1·k-1。進(jìn)一步擴(kuò)大了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域。