CN108396265A - 一种含石墨烯的铝合金及其热处理方法 - Google Patents

一种含石墨烯的铝合金及其热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：金属纤维8～10％，Mg5.5～7.2％，Fe 2.0～3.5％，石墨烯1.2～2.6％，Sc 0.08～0.18％，Zr 0.08～0.18％，Y 0.12～0.22％，Si 0.02～0.07％，Mn 0.02～0.07％，Er 0.01～0.03％，Ce 0.01～0.03％，杂质≦0.15％，余量为Al；所述热处理步骤包括：S1、将所述铝合金加热至300～400℃，保温4～8h；升温至500～600℃，保温3～6h；降温至100～200℃，保温2～3h；S2、进行水淬处理，其中，水的温度为25～60℃；S3、对水淬后的铝合金在300～400℃下回火；S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为100～200℃、时间为6～10h。本发明提出的热处理方法提高了含石墨烯的铝合金的强度，最高可将铝合金的强度提高至685。此外本发明还包括上述热处理方法制备的铝合金。

Description

一种含石墨烯的铝合金及其热处理方法
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，特别是涉及一种含石墨烯的铝合金及其热处理方法。
背景技术
铝合金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、船舶及化学工业中已大量应用。含有石墨烯的铝合金具有较好的导热性和导电性。
石墨烯是由碳原子以SP2杂化连接的单原子层构成的，具有优良的导电性和导热性，其弹性模量达到1TPa，断裂强度超过100GPa，因此石墨烯是一种理想的铝合金的增强相，但含有石墨烯的铝合金的强度有待提高。
发明内容
为了解决含有石墨烯的铝合金强度不高的技术问题，本发明提出一种含石墨烯的铝合金及其热处理方法。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
本发明提出了一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：金属纤维8～10％，Mg5.5～7.2％，Fe 2.0～3.5％，石墨烯1.2～2.6％，Sc 0.08～0.18％，Zr 0.08～0.18％，Y 0.12～0.22％，Si 0.02～0.07％，Mn0.02～0.07％，Er 0.01～0.03％，Ce 0.01～0.03％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至300～400℃，保温4～8h；升温至500～600℃，保温3～6h；降温至100～200℃，保温2～3h；
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为25～60℃；
S3、对水淬后的铝合金在300～400℃下回火；
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为100～200℃、时间为6～10h。
优选地，在步骤S3中，所述铝合金的回火时间为3～6h。
优选地，在步骤S2中，所述水淬的时间为0.5～2h。
优选地，在步骤S2中，所述水的搅拌速率为100～200r/s％。
优选地，在步骤S4中，所述退火处理的温度为120～150℃、时间为7～8h。
优选地，所述退火处理的温度为120～150℃、时间为7～7.5h。
优选地，所述铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
优选地，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：：金属纤维9％，Mg6.4％，Fe 2.5％，石墨烯2.6％，Sc 0.08％，Zr 0.18％，Y 0.22％，Si 0.06％，Mn0.04％，Er0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al。
进一步地，所述金属纤维包括不锈钢纤维和/或碳钢纤维。
本发明还提出了一种采用上述任一项所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法制备的铝合金。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：所述铝合金包括多种元素和金属纤维构成，多种元素在铝合金基体中分布不均匀，加热至300～400℃，保温4～8h，再升温至500～6000℃，保温3～6h；降温至100～200℃，保温2～3h，经过较高温至更高温最后较低温的处理过程，各元素在铝合金基体中得到了分散，提高了各元素的分布均匀性，且最后将铝合金的温度降至较低，后续水淬处理中，水的温度为25～60℃，使得铝合金与水的温度相差不大不会造成铝合金的开裂；在之后的回火处理中快速形核，退火可防止形成的核快速长大，确保第二相均匀析出，提高了铝合金的强度，采用本发明处理后所得铝合金，室温抗拉强度得到明显提高，最高可提高至685MPa，按本发明所设计方案所得含石墨烯的铝合金产品的强度得到很好的提高。
具体实施方式
下面结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例中的铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：不锈钢纤维9％，Mg6.4％，Fe 2.5％，石墨烯2.6％，Sc 0.08％，Zr 0.18％，Y 0.22％，Si 0.06％，Mn0.04％，Er 0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至300℃，保温8h；升温至600℃，保温5h；降温至150℃，保温3h。
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为50℃；水淬的时间为1h；水的搅拌速率为100r/s。
S3、对水淬后的铝合金在350～370℃下回火4h。
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为100～120℃、时间为6h。
本实施例还包括上述热处理方法制备的铝合金。
实施例2
本实施例中的铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：不锈钢纤维9％，Mg6.4％，Fe 2.5％，石墨烯2.6％，Sc 0.08％，Zr 0.18％，Y 0.22％，Si 0.06％，Mn0.04％，Er 0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至350℃，保温6h；升温至500℃，保温6h；降温至100℃，保温2h。
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为40℃；水淬的时间为0.5h；水的搅拌速率为150r/s。
S3、对水淬后的铝合金在300～320℃下回火6h。
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为150～170℃、时间为8h。
本实施例还包括上述热处理方法制备的铝合金。
实施例3
本实施例中的铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：不锈钢纤维9％，Mg6.4％，Fe 2.5％，石墨烯2.6％，Sc 0.08％，Zr 0.18％，Y 0.22％，Si 0.06％，Mn0.04％，Er 0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至400℃，保温4h；升温至550℃，保温3h；降温至150℃，保温2.5h。
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为30℃；水淬的时间为1h；水的搅拌速率为120r/s。
S3、对水淬后的铝合金在340～350℃下回火5h。
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为160～180℃、时间为6h。
本实施例还包括上述热处理方法制备的铝合金。
实施例4
本实施例中的铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：碳钢纤维8％，Mg6.4％，Fe 2.8％，石墨烯2.2％，Sc 0.15％，Zr 0.10％，Y 0.16％，Si0.06％，Mn0.04％，Er 0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至400℃，保温6h；升温至550℃，保温3h；降温至150℃，保温3h。
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为25～40℃；水淬的时间为2h；水的搅拌速率为150r/s。
S3、对水淬后的铝合金在300～350℃下回火5h。
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为120～150℃、时间为7h。
本实施例还包括上述热处理方法制备的铝合金。
实施例5
本实施例中的铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：碳钢纤维8％，Mg6.4％，Fe 2.8％，石墨烯2.2％，Sc 0.15％，Zr 0.10％，Y 0.16％，Si0.06％，Mn0.04％，Er 0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至350℃，保温4h；升温至500℃，保温3h；降温至100℃，保温3h。
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为60℃；水淬的时间为2h；水的搅拌速率为200r/s。
S3、对水淬后的铝合金在350～400℃下回火3h。
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为100～120℃、时间为6h。本实施例还包括上述热处理方法制备的铝合金。
实施例6
本实施例中的铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：碳钢纤维8％，Mg6.4％，Fe 2.8％，石墨烯2.2％，Sc 0.15％，Zr 0.10％，Y 0.16％，Si0.06％，Mn0.04％，Er 0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至400℃，保温5h；升温至600℃，保温3h；降温至150℃，保温2h。
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为25℃；水淬的时间为0.5h；水的搅拌速率为100r/s。
S3、对水淬后的铝合金在380～400℃下回火5h。
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为160～180℃、时间为8h。本实施例还包括上述热处理方法制备的铝合金。
作为本实施例的变形，上述实施例中的铝合金也可以是通过重力铸造或低压铸造而成的铝合金制品。
将上述实施例1-6热处理后的铝合金与热处理前的铝合金的强度进行对比，具体是依照GB/t228-2010进行测试，得到所述铝合金的抗拉强度数据，见表1。
表1实施例1-6热处理前后的铝合金的抗拉强度的对比
实施例 热处理前的抗拉强度(MPa) 热处理后的抗拉强度(MPa)
实施例1 468 624
实施例2 446 637
实施例3 473 653
实施例4 424 641
实施例5 452 685
实施例6 487 672
从表1中可以看出，采用本发明的技术方案热护理后的铝合金的抗拉强度得到了明显提高，最高可提高至685MPa。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：金属纤维8～10％，Mg5.5～7.2％，Fe 2.0～3.5％，石墨烯1.2～2.6％，Sc0.08～0.18％，Zr 0.08～0.18％，Y 0.12～0.22％，Si 0.02～0.07％，Mn 0.02～0.07％，Er 0.01～0.03％，Ce 0.01～0.03％，杂质≦0.15％，余量为Al；
所述热处理步骤包括：
S1、将所述铝合金加热至300～400℃，保温4～8h；升温至500～600℃，保温3～6h；降温至100～200℃，保温2～3h；
S2、进行水淬处理，其中，水的温度为25～60℃；
S3、对水淬后的铝合金在300～400℃下回火；
S4、之后进行退火处理，所述退火处理的温度为100～200℃、时间为6～10h。
2.如权利要求1所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，在步骤S3中，所述铝合金的回火时间为3～6h。
3.如权利要求1所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，在步骤S2中，所述水淬的时间为0.5～2h。
4.如权利要求1所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，在步骤S2中，所述水的搅拌速率为100～200r/s。
5.如权利要求1所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，在步骤S4中，所述退火处理的温度为120～150℃、时间为7～8h。
6.如权利要求1所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，所述铝合金为挤压铸造而成的铝合金制品。
7.如权利要求1所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述铝合金包括以下组分：金属纤维9％，Mg6.4％，Fe 2.5％，石墨烯2.6％，Sc 0.08％，Zr 0.18％，Y 0.22％，Si 0.06％，Mn0.04％，Er 0.03％，Ce 0.02％，杂质≦0.15％，余量为Al。
8.如权利要求1所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法，其特征在于，所述金属纤维包括不锈钢纤维和/或碳钢纤维。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述的含石墨烯的铝合金的热处理方法制备的铝合金。
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