專利名稱：具有優良綜合性能的鋁合金制備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有優良綜合性能的鋁合金制備方法，采用等通道轉角擠壓與激光熔凝技術相結合的方法制備高性能鋁合金合金塊材，提高鋁合金的塑性、強度、硬度等機械性能及其摩擦學性能，進而提高該合金的實際工程應用價值。屬于金屬材料成型與加工技術領域。
背景技術：
純鋁的密度小，熔點低，鋁是面心立方結構，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好；但是純鋁的強度很低，故不宜作結構材料。通過長期的生產實踐和科學實驗，人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。隨著近年來科學技術以及工業經濟的飛速發展，對鋁合金的需求日益增多，對鋁合金的性能提出了更高的要求，但由于鋁合金本身還存在強度及耐磨性能差等問題，制約著鋁合金應用范圍的進一步擴大。
現有提高鋁合金力學性能一般采用添加一定元素及塑性變形的方法實現。添加元素的方法雖在一定程度上可改善合金鋼的力學性能，但也存在一定得不足。通常變形合金的變形能力(韌塑性指標)、力學性能、變形溫度和合金元素含量之間有著密切聯系。改變了合金元素的含量改善合金耐磨性的同時，也會導致合金其它力學性能的改變，通常會引起合金鋼塑性及韌性的下降，影響其正常使用。通過傳統的塑性變形法雖也可在一定程度上提高鋁合金的力學性能，但也存在一定得不足之處。軋制與常規擠壓等傳統的加工工藝由于在加工過程中金屬材料橫截面積不斷減小，故當工程應用中提出更高的要求時，此類方法就難以滿足要求，且軋制后的板材組織不均勻，各向異性嚴重、生產Imm以下的薄板比較困難，而鍛造等塑性變形工藝變形程度有限，鋁合金力學性能提升較小，且傳統塑性變形法只能小幅度改善鋁合金的力學性能，對提高摩擦學性能影響較小。
隨著鋁合金的應用范圍擴大，對鋁合金的力學性能及摩擦學性能提出了更高的要求，目前的方法和工藝難以滿足要求，制約了鋁合金的應用范圍的擴大。為了滿足科技的發展對鋁合金更高性能的需求，提高產品質量，迫切需要新的途徑進一步提高鋁合金的力學性能及摩擦性能。發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的目的在于提出一種可制備具有高綜合性能的鋁合金制備方法，既可顯著提高鋁合金的力學性能， 又可顯著提高鋁合金的摩擦學性能，解決了現有工藝力學性能與摩擦學性能難以兼顧的難題。
為實現這一目的，本發明的技術方案中，采用了等通道轉角擠壓與激光熔凝技術相結合的方法。首先將鑄態、軋態或鍛態的鋁合金進行機加 工，切割成塊狀坯料，對坯料進行表面加工處理，使坯料表面平整光滑，在坯料表面涂敷石墨潤滑劑后，采用等通道轉角擠壓模具進行等通道轉角擠壓，經過4道次等通道轉角擠壓處理后，對處理后的鋁合金進行表面清理，進行激光熔凝處理，最終獲得力學性能、摩擦學性能等性能良好的鋁合金材料。
本發明的一種高力學性能與摩擦學性能的鋁合金制備方法具體為將鋁合金毛坯采用線切割加工方法加工成與等通道轉角擠壓模具截面形狀相同塊狀坯料，并對坯料表面進行磨削，使坯料表面光滑平整，具有較高的光潔度。用丙酮對坯料進行表面清洗，在70 120°C的溫度下預熱10 20分鐘，然后在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，放在60 100°C 的溫度下烘干8 15分鐘。
本發明采用等通道轉角擠壓模具的擠壓通道角度為60 120°。用丙酮對模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱30 50分鐘，然后涂敷石墨潤滑劑，涂層厚度要均勻。將涂好潤滑劑的鋁合金坯料放入等通道轉角擠壓模具中，并將模具裝配好，在液壓萬能試驗機上對坯料進行擠壓。對擠壓出的坯料再進行表面處理使其光滑平整，并對模具型腔和坯料涂敷石墨潤滑劑，再進行第2次擠壓，重復以上過程，進行4道次以上等通道轉角擠壓。
對經等通道轉角擠壓處理后的鋁合金坯料進行表面磨削，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，隨后進行激光熔凝表面處理。激光熔凝處理過程中，可根據需要調整輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，可按需獲得具有不同深度的表面處理層。
本發明采用等通道轉角擠壓與激光熔凝相結合的制備方法，對鋁合金先進行等通道轉角擠壓處理，再進行激光熔凝處理，此方法顯著提高了鋁合金的力學性能與摩擦學性能。若采用軋態或鍛態鋁合金，因此類鋁合金已進行過塑性變形處理，等通道擠壓次數可適當減少；若采用鑄態鋁合金，則等通道轉角擠壓次數可適當增加。
等通道轉角擠壓處理后，鋁合金強度、硬度等力學性能與常規塑性變形工藝處理的鋁合金力學性能相比顯著提高，可進一步提高鋁合金的力學性能，制備出具有較高力學性能的鋁合金基體材料；經過激光熔凝處理后，鋁合金表面的摩擦學性能顯著提高，最終獲得綜合性能高的鋁合金材料，可充分發揮鋁合金的優勢，擴大鋁合金的應用范圍。試樣在擠壓前后尺寸不變，處理簡單，成材率高，并可實現大工件加工。擠壓前對模具型腔及待擠壓的坯料分別進行潤滑處理，可顯著的降低坯料和模具工作表面間的滑動摩擦阻力，從而有效地提高合金材料的流動均勻性，保證擠壓過程的順利進行；潤滑處理工藝方法簡單，咸本低，經實際操作后，坯料與模具自行脫落，沒有相互粘結在一起，工藝性好，且具有較高的工作效率。
具體實施方式
以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。
實施例1 :
將牌號為ZAlSi7Mg的鑄態鋁合 金毛坯采用線切割加工方法加工成截面積為 20 X 20mm，長度為300mm的塊狀坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120°C的溫度下預熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后坯料在100°C的溫度下烘干10分鐘，若出現落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進行補涂或洗去重涂。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱40分鐘，然后均勻涂敷石墨潤滑劑。將涂好石墨潤滑劑的鋁合金放在模具中，把模具裝配好，在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2-5次擠壓。
將等通道轉角擠壓處理后的鋁合金ZMl進行表面處理，使表面光滑平整，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，烘干后進行激光熔凝處理，選擇合適的輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，獲得了深度為O. 3mm 的表面處理層。
實施例2:
將牌號為1070A的軋態鋁合金毛坯采用線切割加工方法加工成截面形狀為圓形， 截面半徑為10mm，長度為300mm的圓柱形坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120°C的溫度下預熱 15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后坯料在100°C的溫度下烘干10分鐘，若出現落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進行補涂或洗去重涂。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱40分鐘，然后均勻涂敷石墨潤滑劑。將涂好石墨潤滑劑的鋁合金放在模具中，把模具裝配好，在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2-5次擠壓。
將等通道轉角擠壓處理后的鋁合金進行表面處理，使表面光滑平整，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，烘干后進行激光熔凝處理，選擇合適的輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，獲得了深度為O. 4mm的表面處理層。
實施例3:
將牌號為2B50的鍛態鋁合金毛坯采用線切割加工方法加工成截面形狀為圓形， 截面半徑為15mm，長度為200mm的圓柱形坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120°C的溫度下預熱 15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后坯料在100°C的溫度下烘干10分鐘，若出現落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進行補涂或洗去重涂。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150°C的溫度下預熱40分鐘， 然后均勻涂敷石墨潤滑劑。將涂好石墨潤滑劑的鋁合金放在模具中，把模具裝配好，在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2-5次擠壓。
將等通道轉角擠壓處理后的鋁合金進行表面處理，使表面光滑平整，用丙酮對坯料進行表面清洗，在120°C的溫度下烘干10 20分鐘，烘干后進行激光熔凝處理，選擇合適的輸出功率、掃描速度和離焦量等激光表面熔凝處理的工藝參數，獲得了深度為O. 5mm的表面處理層。
權利要求
1.一種具有優良綜合性能的鋁合金制備方法，其特征在于采用等通道轉角擠壓與激光熔凝相結合的方法，先對鋁合金進行多道次等通道轉角擠壓處理，獲得具有高力學性能的鋁合金基體材料，后對經擠壓處理后的鋁合金進行激光熔凝表面處理，最終獲得基體具有高力學性能，表面具有高摩擦學性能的鋁合金塊材。
2.根據權利要求1所述的具有優良綜合性能的鋁合金制備方法，其特征在于用于等通道轉角擠壓的鋁合金可以為鑄態、軋態或鍛態的任何一種形態。
3.根據權利要求1所述的具有優良綜合性能的鋁合金制備方法，其特征在于等通道轉角擠壓處理前鋁合金需切割成塊狀坯料，坯料的截面形狀可根據實際需要切割成圓形或方形，坯料進行每次等通道轉角擠壓處理前需進行機加工處理。
4.根據權利要求1所述的具有優良綜合性能的鋁合金制備方法，其特征在于每次等通道轉角擠壓處理時坯料表面需涂敷潤滑劑，以減小坯料與等通道轉角擠壓模具的磨損。
5.根據權利要求1所述的具有優良綜合性能的鋁合金制備方法，其特征在于經過4 次以上等通道轉角擠壓處理后，對鋁合金進行激光熔凝表面處理，處理時可調整激光工藝參數，以獲得不同深度的表面處理層。
全文摘要
本發明公開了一種具有優良綜合性能的鋁合金制備方法，將鑄態、軋態或鍛態的鋁合金切割成坯料，所述坯料的截面形狀可根據實際需要切割成圓形或方形，對所述坯料進行表面機加工處理，坯料表面涂敷潤滑劑，采用與坯料截面形狀相一致的等通道轉角擠壓模具進行等通道轉角擠壓處理，每次擠壓處理后再次對坯料表面進行機加工，經4次以上等通道轉角擠壓處理后，將坯料表面處理干凈，進行表面激光熔凝處理，所述激光熔凝處理可根據實際使用需要改變表面處理的工作參數，最終獲得基體具有高力學性能，表面具有高摩擦學性能的鋁合金塊材。本發明可以顯著提高鋁合金的機械性能及摩擦學性能，拓展該合金的應用范圍，更好的滿足實際生產對高性能鋁合金的需要。
文檔編號C22F1/04GK103060730SQ20131001829
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者高雷雷, 劉玉輝, 張健, 戴揚, 邢娟娟 申請人:中國石油大學(華東)