一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法技術(shù)

一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，包括高溫灼燒，質(zhì)量配比攪拌,除渣冷卻熱處理；把高強鋁合金的制備原理與電化學腐蝕機理相結(jié)合，成功的實現(xiàn)了對產(chǎn)品組分穩(wěn)定性的控制，制備出了一種可溶解、高強度、抗沖擊性能好、耐高溫高壓、易加工等具有較高熱力學性能，又兼具良好溶解性能的Al基合金材料，提高了該類材料的綜合性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法
本專利技術(shù)屬于功能材料
，特別涉及一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法。
技術(shù)介紹
高強可溶解材料屬于生態(tài)環(huán)境材料的一種，是指在材料中加入一些促進其降解的助劑，或合成本身具有降解功能的材料，在使用和保存期內(nèi)能滿足原來應用性能要求，尤其是在復雜外界條件下，可以在一定時間內(nèi)承受高溫高壓環(huán)境，又可以在其完成任務后就地降解，無需回收，這樣就可以大大節(jié)約人力，物力和財力，極大的提高了工程進展速度。可降解有機材料一般來說都很脆，耐高溫性能、抗沖擊性能差，強度低，難以在汽車零部件、油氣開發(fā)用密封球等對抗沖性要求較高的領域使用。因此，可降解有機材料在這些領域的開發(fā)和使用受到了嚴重的阻礙。相比于可降解有機材料來說，可溶解無機材料如陶瓷材料具有高力學性能，如高硬度、高強度、耐摩擦磨損性能等，如果陶瓷材料能做成可降解材料，有望應用于油氣開發(fā)用密封球等對抗沖擊性能要求較高的領域。然而陶瓷是脆性材料硬度高，難以進行精確尺寸加工，溶解速度太慢，難以滿足生產(chǎn)需要，且不能水溶解，必須在強酸條件下進行，使用條件難以滿足。因此，需要尋找其他材料。金屬材料(如，合金)具有典型的更高的機械強度，而該機械強度對于高溫高壓等極端環(huán)境來說是必須的，因此可溶解金屬材料最有望成為該領域的首選材料。目前，可溶解金屬主要為Mg及Mg合金，通過現(xiàn)代先進的合金熔煉及加工工藝，控制Mg及Mg合金的腐蝕速度,一段時間內(nèi)既能發(fā)揮其金屬材料的高強度特點完成植入體功能，又能在人體病變部位自身修復的同時逐漸被人體腐蝕降解，具有廣闊的發(fā)展前景。鎂基合金在人體生理環(huán)境可腐蝕降解，但是與其它同種類型的可降解材料相比，在一般NaCl水溶液及水中降解速度相對較慢，不能達到高溫高壓等極端環(huán)境下材料溶解性能的最低要求。近年來，一類可溶解鋁合金由于對油氣開采需要的高溫、高壓要求相適應受到越來越多的關(guān)注。但是近幾年中，這類可降解金屬材料大部分都為國外研究者開發(fā)并申請專利，他們多采用粉末冶金技術(shù)壓制燒結(jié)成型，該技術(shù)可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，但使用該工藝首先必須使呈固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的金屬或合金轉(zhuǎn)變成粉末狀態(tài)，生產(chǎn)過程復雜，并且一些單質(zhì)元素如Mg屬于易燃固體，使用壓制燒結(jié)技術(shù)時，燒結(jié)溫度不易控制易導致產(chǎn)品組分缺失。如果可以在成功合成制備出符合性能要求的產(chǎn)品的基礎上，進一步簡化生產(chǎn)過程，并實現(xiàn)對產(chǎn)品穩(wěn)定性的控制，那么該材料的研究及應用前景將是極為廣闊的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，把高強鋁合金的制備原理與電化學腐蝕機理相結(jié)合，通過預合成技術(shù)引入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn并協(xié)調(diào)各成分之間的作用，保證并提高了材料的均勻性，使用熔融澆鑄法，成功的實現(xiàn)了對產(chǎn)品組分穩(wěn)定性的控制，制備出了一種可溶解、高強度、抗沖擊性能好、耐高溫高壓、易加工等具有較高熱力學性能，又兼具良好溶解性能的Al基合金材料，提高了該類材料的綜合性能。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種高強可溶解鋁合金材料的制備，包括下述步驟：步驟一，高溫灼燒將鋁錠放入熔化爐，升溫至710-760℃，使之熔融成為鋁液；步驟二，質(zhì)量配比攪拌將步驟一所得鋁液按重量百分比依次加入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn，充分攪拌，材料的組成成分比為：Al含量為60.0-90.0wt％，Sn含量為8.0-30.0wt％，Si含量為0-10.0wt％，Mn含量為0.1-10.0wt％，Mg含量為1.0-6.0wt％，Ga含量為0.1-15.0wt％，In含量為0.1-2.0wt％，Zn含量為0-8.0wt％，在710-760℃保溫0.5-2個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；步驟三，除渣冷卻熱處理將步驟二所得熔體加入0.2-0.5％wt消泡劑進行除渣，并澆注在預先預熱好的模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350℃下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得高強可溶解鋁合金材料。所述模具為直徑15mm×長30mm的圓柱體。所述消泡劑組成成分為聚醚改性硅。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)所制備的高強可溶解鋁合金材料，由基體相和第二相兩部分組成，基體相主要由固溶了Mg、Ga等元素的Al合金構(gòu)成；第二相主要為添加劑形成的Mg2Sn等合金組成。利用Al錠,引入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn經(jīng)低溫熔融工藝，通過充分攪拌使之形成宏觀均勻基體相的過程中生成第二相，所生成的第二相分布在基體相晶界，第二相對基體相細化作用明顯，晶粒越細，合金的強度越高，并且晶粒細化對提高溶解性能也有幫助，使整個合金的溶解速度越來越快，另外本專利技術(shù)中使用的Ga、In、Zn使合金在低溫水溶液中的溶解性能有很大的改善。由于該材料成分可調(diào)范圍大、熔融澆鑄溫度低、易加工、力學性能優(yōu)異、溶解性能好，拓寬了該材料的應用范圍。附圖說明圖1為760℃熔融澆鑄產(chǎn)品的物相分析結(jié)果。圖2為760℃熔融澆鑄產(chǎn)品的表面形貌圖。圖3為高強可溶解鋁合金材料的溶解過程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖與實施例對本專利技術(shù)做進一步詳細說明。實施例1步驟一，高溫灼燒將鋁錠放入熔化爐，升溫至760℃，使之熔融成為鋁液；步驟二，質(zhì)量配比攪拌將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al：71.0％,Sn：12.0％，Si：2.0％,Mn：1.0％，Mg：4.0％，Ga：8.0％,In：0.5％,Zn：1.5％，充分攪拌，在760℃保溫0.5個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；步驟三，除渣冷卻將步驟二所得熔體加入0.2％wt消泡劑進行除渣，并澆注在預先預熱好的模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350℃下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得高強可溶解鋁合金材料。實施例2步驟一，高溫灼燒將鋁錠放入熔化爐，升溫至710℃，使之熔融成為鋁液；步驟二，質(zhì)量配比攪拌將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al：62.0％,Sn：17.5％,Si：2.0％,Mn：1.5％，Mg：4.0％，Ga：11.0％,In：1.0％,Zn：1.0％，充分攪拌，在710℃保溫2個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；步驟三，除渣冷卻將步驟二所得熔體加入0.5％wt消泡劑并進行除渣工藝，并澆注在預先預熱好的模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350℃下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得高強可溶解鋁合金材料。實施例3步驟一，高溫灼燒將鋁錠放入熔化爐，升溫至760℃，使之熔融成為鋁液；步驟二，質(zhì)量配比攪拌將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al：90.0％,Sn：8.0％,Si：0.1％,Mn：0.2％，Mg：1.0％，Ga：0.1％,In：0.3％,Zn：0.3％，充分攪拌，在760℃保溫0.5個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；步驟三，除渣冷卻將步驟二所得熔體加入0.2％wt消泡劑并進行除渣工藝，并澆注在預先預熱好的模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350℃下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得高強可溶解鋁合金材料。實施例4步驟一，高溫灼燒將鋁錠放入熔化爐，升溫至710℃，使之熔融成為鋁液；步驟二，質(zhì)量配比攪拌將步驟一所得鋁液按配方稱取質(zhì)量百分含量為Al：60.0％,Sn：18本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，包括下述步驟：步驟一，高溫灼燒將鋁錠放入熔化爐，升溫至710?760℃，使之熔融成為鋁液；步驟二，質(zhì)量配比攪拌將步驟一所得鋁液按重量百分比依次加入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn，充分攪拌，材料的組成成分比為：Al含量為60.0?90.0wt％，Sn含量為8.0?30.0wt％，Si含量為0?10.0wt％，Mn含量為0.1?10.0wt％，Mg含量為1.0?6.0wt％，Ga含量為0.1?15.0wt％，In含量為0.1?2.0wt％,Zn含量為0?8.0wt％，在710?760℃保溫0.5?2個小時，使之成為具有宏觀均勻性質(zhì)的熔體；步驟三，除渣冷卻將步驟二所得熔體加入0.2?0.5％wt消泡劑進行除渣，并澆注在預先預熱好的模具中；將所得鑄件冷卻至室溫后，在350℃下馬弗爐中進行熱處理，熱處理時間為2h，制得高強可溶解鋁合金材料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強可溶解鋁合金材料的制備方法，包括下述步驟：步驟一，高溫灼燒將鋁錠放入熔化爐，升溫至710-760℃，使之熔融成為鋁液；步驟二，質(zhì)量配比攪拌將步驟一所得鋁液按重量百分比依次加入Sn、Si、Mn、Mg、Ga、In、Zn，充分攪拌，材料的組成成分比為：Al含量為60.0-90.0wt％，Sn含量為8.0-30.0wt％，Si含量為0-10.0wt％，Mn含量為0.1-10.0wt％，Mg含量為1.0-6.0wt％，Ga含量為0.1-15.0wt％，In含量為0.1-2.0wt％,Zn含量為0-...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱建鋒，茍永妮，趙倩楠，楊波，張佩，王芬，楊海波，
申請(專利權(quán))人：陜西科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61