阅读说明：本技术 一种块状纳米铝合金及其制备方法 (Blocky nano aluminum alloy and preparation method thereof ) 是由 王伟 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种块状纳米铝合金及其制备方法。本发明通过在铝合金基体原料粉末中添加纳米金属氧化物粉体,并优选金属氧化物的种类及其添加量,使得纳米金属氧化物粉体能够在铝合金基体中均匀弥散形成纳米晶核,然后作为成核剂诱导铝合金形成平均晶粒尺寸不超过100nm的均匀纳米结构,从而达到纳米增强的目的。本发明的制备工艺简单,有利于实现块状纳米铝合金的工业化生产。(The invention discloses a blocky nano aluminum alloy and a preparation method thereof. According to the invention, the nano metal oxide powder is added into the aluminum alloy matrix raw material powder, and the type and the addition amount of the metal oxide are optimized, so that the nano metal oxide powder can be uniformly dispersed in the aluminum alloy matrix to form nano crystal nuclei, and then the nano metal oxide powder is used as a nucleating agent to induce the aluminum alloy to form a uniform nano structure with the average grain size not more than 100nm, thereby achieving the purpose of nano reinforcement. The preparation process is simple and is beneficial to realizing the industrial production of the massive nano aluminum alloy.)

一种块状纳米铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米合金技术领域，具体涉及一种块状纳米铝合金及其制备方法。

背景技术

纳米材料由于其独特的物理、化学和力学性能，在电子信息、生物工程、航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而，目前的纳米材料大多是指纳米粉体材料，块状纳米材料由于受到制备技术、材料配方等因素的限制，很难实现工业化的生产。目前块状纳米合金的制造，或采用纳米粉末高温烧结、大塑性变形等复杂工艺，需要高温、高压等苛刻条件，仅能制得晶粒尺寸较大、界面粗糙、微孔隙过多的块状纳米制品；或采用非晶晶化法，通过采用特殊的材料配方，首先获得非晶态固体，然后通过熔体激冷等方法实现非晶态向晶态转变，制备块状纳米产品。上述块状纳米合金材料的制备方法一方面依赖于材料的配方，一方面依赖于复杂的制备工艺，制得块状纳米合金产品质量较差，从而限制了纳米合金的工业化应用。

基于上述纳米合金材料的制备工艺现状，有必要开发一种工艺简单，纳米晶粒尺寸均匀，微孔隙小，适于工业化应用的纳米铝合金的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种块状纳米铝合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种块状纳米铝合金，由基体原料和纳米金属氧化物粉体制成，所述纳米铝合金的平均晶粒尺寸在100nm以下，且其成分按质量百分比计包括：金属氧化物:0.1％-1.0％，Si:9.6％-12％，Cu:1.5％-3.5％，Al和不可避免的杂质：余量，所述金属氧化物为ZnO、MgO中的至少一种。

本发明直接冶炼过程中，在铝合金(ADC12铝合金)基体原料粉末中添加纳米金属氧化物粉体，所述纳米金属氧化物粉体选自纳米ZnO粉、纳米MgO粉中的至少一种，其在铝合金基体中均匀弥散形成纳米晶核，然后作为成核剂诱导铝合金晶粒生长，通过控制纳米金属氧化物粉体的含量为0.1wt％-1.0wt％，可以限制铝合金的平均晶粒尺寸在100nm以下，避免晶粒生长过大，且制备得到的纳米铝合金的微孔隙小，具有较高的机械强度和硬度。

优选地，所述纳米铝合金的成分还包括Fe、Mn、Ni、Mg中的至少一种。

优选地，所述纳米铝合金中Fe的质量百分比＜1.3％，所述纳米铝合金中Mn的质量百分比＜0.5％，所述纳米铝合金中Ni的质量百分比＜0.5％，所述纳米铝合金中Mg的质量百分比＜0.3％。通过控制纳米铝合金中Fe、Mn、Ni、Mg等组分含量，避免这些组分颗粒存在，造成结构缺陷，从而影响铝合金材料的耐久性。

优选地，所述纳米铝合金中杂质的质量百分比≤0.2％。

优选地，所述纳米铝合金中金属氧化物的质量百分比为0.1％-0.5％，使得纳米金属氧化物粉体能够在铝合金基体中均匀弥散形成纳米晶核，具有更好的增强效果。

优选地，所述纳米铝合金的成分按质量百分比计包括：金属氧化物:0.1％-0.5％，Si:10％-11.5％，Cu:2.0％-3.0％，Mn:＜0.5％，Ni:＜0.5％，Mg:＜0.3％，Al：85％-86％。

纳米金属氧化物粉体作为成核剂诱导纳米铝合金纳米结构的形成，纳米金属氧化物粉体的平均粒径对纳米铝合金的纳米结构及其增强效果有显著影响，优选地，所述纳米金属氧化物粉体的平均粒径为10-50nm，能防止铝合金的晶粒生长过大，且有利于生成均匀的纳米结构，获得块状纳米铝合金材料，实现更好的增强效果。

本发明还提供了上述的块状纳米铝合金的制备方法，将基体原料和纳米金属氧化物粉体按比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到平均晶粒尺寸在100nm以下的块状纳米铝合金。本发明的制备工艺简单，有利于实现纳米铝合金的工业化生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过在铝合金基体原料粉末中添加纳米金属氧化物粉体，并优选纳米金属氧化物粉体的种类及其添加量，使得纳米金属氧化物粉体能够在铝合金基体中均匀弥散形成纳米晶核，然后诱导铝合金形成平均晶粒尺寸不超过100nm的均匀纳米结构，从而达到纳米增强的目的。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：ZnO:0.5％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：85.5％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米ZnO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，ZnO粉的平均粒径为15nm。

实施例2

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：ZnO:0.5％，Si:11％，Cu:3.0％，Fe:1.0％，Mn:0.3％，Ni:0.3％，Mg:0.2％，Al：83.7％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米ZnO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，ZnO粉的平均粒径为15nm。

实施例3

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：ZnO:1.0％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：85％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米ZnO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，ZnO粉的平均粒径为15nm。

实施例4

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：ZnO:0.1％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：85.9％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米ZnO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，ZnO粉的平均粒径为15nm。

实施例5

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：ZnO:0.3％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：85.7％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米ZnO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，ZnO粉的平均粒径为15nm。

实施例6

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：MgO:0.5％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：85.5％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米MgO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，MgO粉的平均粒径为15nm。

对比例1

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：ZnO:0.05％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：85.95％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米ZnO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，ZnO粉的平均粒径为15nm。

对比例2

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：ZnO:1.5％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：84.5％；

所述纳米铝合金的制备方法为：将纳米ZnO粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到纳米合金，其中，ZnO粉的平均粒径为15nm。

对比例3

一种块状纳米铝合金，其成分按质量百分比计包括：Al₂O₃:0.5％，Si:11％，Cu:3.0％，Al：85.5％；

所述块状纳米铝合金的制备方法为：将纳米Al₂O₃粉与其余原料组分按上述比例混合均匀后，加热至700℃以上，冶炼后冷却，得到块状纳米铝合金，其中，Al₂O₃粉的平均粒径为15nm。

对比例4

ADC12压铸铝合金成品，其成分按质量百分比计包括：Si:11％，Cu:3.0％，Fe:1.0％，Mn:0.3％，Ni:0.3％，Mg:0.2％，Al：84.2％。

使用洛氏硬度计测试上述实施例和对比例的纳米铝合金的硬度，结果如表1所示。

表1

对上述实施例和对比例的纳米铝合金的拉伸强度和断裂伸长率进行测试，结果如表2所示。

表2

由实施例1-6和对比例1-4的结果可知，本发明在冶炼过程中，通过在ADC12压铸铝合金基体原料中添加一定量的纳米ZnO粉或纳米MgO粉，使得纳米铝合金性能与ADC12压铸铝合金成品相比，铝合金材料的硬度、强度和韧性均有所提高。并且，相较于纳米Al₂O₃粉，纳米ZnO粉或纳米MgO粉具有更好的增强效果。

对实施例1的纳米铝合金进行XRD测试，结果如表3所示，实施例1制备的纳米铝合金平均晶粒尺寸为82nm。

表3

此外，上述实施例1可根据纳米铝合金的实际性能要求，对其组分进行调整，按质量百分比计包括：ZnO:0.1％-1.0％，Si:9.6％-12％，Cu:1.5％-3.5％，Al和不可避免的杂质：余量，尤其当纳米铝合金中ZnO的质量百分比控制为0.1％-0.5％，得到的纳米铝合金具有更高的力学强度和硬度。

本发明可以选用平均粒径为10-50nm的纳米ZnO粉或纳米MgO粉，有利于铝合金中形成平均晶粒尺寸不超过100nm的均匀纳米结构。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。