本發明涉及一種高強高耐熱al-fe系合金導電材料及其制備方法，屬于鋁合金加工制備。

背景技術：

1、al-fe合金中的含鐵相具有高溫穩定性，可阻礙晶界的運動以提升抗蠕變性能，同時，fe在鋁基體中極低的固溶度(室溫下～0.02wt.％)又利于獲得較高的導電率，因此，al-fe系合金是一種極具應用前景的耐熱鋁合金導電材料。

2、耐熱鋁合金導電材料目前常用的制備工藝有鑄造法，鑄造法制備得到的鋁合金導電材料強度較低，主要是因為常規鑄造冷卻速率較低，含鐵相主要為沿晶界分布的粗大al3fe相，該相多呈板片狀或長針狀，對合金強度的貢獻較小，且會割裂鋁基體而降低合金的強韌性。

3、而當使用冷卻速率較高的工藝(如激光粉末床熔融)時，在鋁基體內會形成細小彌散的亞穩相al6fe，該相多呈直徑約幾十納米的短棒狀，且與鋁基體有共格關系：對合金強度的提升十分有利，但相對于al3fe，al6fe相的熱穩定性較差；王悅婷等發現非平衡凝固過程中形成的al6fe顆粒在高溫熱暴露時會逐漸粗化，在300℃/100h后逐漸溶解于基體中。

4、qu等基于固體與分子經驗電子理論(eet)的計算結果也表明，al6fe最強鍵的共價電子對數(0.6760)明顯小于al3fe(1.0834)，在受熱時al6fe相較容易分解。因此，如何進一步提高含al6fe相鋁合金的耐熱性能同時保持鋁合金的強度和導電性，以使之具有更廣闊的應用前景已成當務之急。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種高強高耐熱al-fe系合金導電材料及其制備方法，以解決現有技術中存在的問題。

2、本發明的技術方案如下：

3、本發明的目的之一在于提供了一種高強高耐熱al-fe系合金導電材料，按重量百分比計，其化學組成為：fe?0.5-1.0％、zr?0.4-0.6％，余量為鋁。

4、本發明的目的之二在于提供了一種高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其包括：備料、熔煉、氣體輔助連續鑄擠、雙級時效，以得到所述導電材料，具體包括以下步驟：

5、(1)按照其化學組成，分別稱取al-10fe中間合金、al-5zr中間合金及高純鋁錠。

6、(2)將al-10fe中間合金、al-5zr中間合金及高純鋁錠裝入爐中熔化，攪拌至混合均勻，完成熔煉。優選地，攪拌時熔體溫度保持在800-840℃。

7、優選地，氣體輔助連續鑄擠的具體過程為：熔煉后的金屬熔體從位于擠壓輪上方已預熱好的漏斗中流入擠壓輪槽，在惰性氣體作用下，熔體緊貼擠壓輪輪槽壁鋪展開來并開始凝固，凝固中的坯料遇堵頭后開始堆積并逐漸轉入模腔，最終從模孔擠出，形成合金桿。

8、優選地，漏斗的內孔直徑為2-3mm，倒入合金熔體前漏斗需加熱到800-840℃。

9、優選地，惰性氣體為氮氣，氣體壓力為0.2-0.4mpa。

10、優選地，擠壓輪的轉速為8-12rpm。

11、優選地，擠壓模腔預熱溫度為200-350℃，模孔直徑為9.5mm。

12、優選地，雙級時效時，第一級時效溫度為280-300℃，時間為50-100h，第二級時效溫度為340-360℃，時間為24-120h。

13、本發明的原理：首先利用氣體輔助連續鑄擠獲得合金桿，其中含有幾十到幾百納米的al6fe相，以及zr固溶度較高且尺寸不超過十微米的α-al晶粒，然后利用第一級時效形成高密度的納米級al3zr相以穩定al6fe相，利用第二級時效使zr元素充分析出以提高合金導電率，al6fe相和al3zr相協同提升合金的力學性能和耐熱性能。

14、本發明的有益效果：

15、(1)對于zr固溶度超過0.4％的α-al固溶體，al3zr相可在300℃以下的短時時效(第一級時效)過程中形成，且不會顯著改變含fe相和α-al晶粒的形態和尺寸；在第一級時效過程中析出的al3zr相可釘扎al6fe相相界，以阻止al6fe相在第二級時效過程中的粗化；第二級時效過程中的溫度較高，利于zr元素的完全析出，提升合金的導電性能。

16、(2)合金中納米級的al3zr相可穩定al6fe相以進一步提升合金的耐熱性能，同時，二者又均可釘扎位錯，共同提升合金的強度水平，使合金具有高強高耐熱的特點。此外，本發明中添加的合金元素fe和zr價格低廉，利于推廣應用。

技術特征：

1.一種高強高耐熱al-fe系合金導電材料，其特征在于：按重量百分比計，其化學組成為：fe?0.5-1.0％、zr?0.4-0.6％，余量為鋁。

2.一種如權利要求1所述的高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

3.根據權利要求2所述高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中攪拌時熔體溫度保持在800-840℃。

4.根據權利要求2所述高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中，氣體輔助連續鑄擠的具體過程為：熔煉后的金屬熔體從位于擠壓輪上方已預熱好的漏斗中流入擠壓輪槽，在惰性氣體作用下，熔體緊貼擠壓輪輪槽壁鋪展開來并開始凝固，凝固中的坯料遇堵頭后開始堆積并逐漸轉入擠壓模腔，最終從模孔擠出，形成合金桿。

5.根據權利要求4所述高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中漏斗的內孔直徑為2-3mm，倒入合金熔體前漏斗需加熱到800-840℃。

6.根據權利要求4所述高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中惰性氣體為氮氣，氣體壓力為0.2-0.4mpa。

7.根據權利要求4所述高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中擠壓輪的轉速為8-12rpm。

8.根據權利要求4所述高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中擠壓模腔預熱溫度為200-350℃，模孔直徑為9.5mm。

9.根據權利要求2所述高強高耐熱al-fe系合金導電材料的制備方法，其特征在于：步驟(4)中第一級時效溫度為280-300℃，時間為50-100h，第二級時效溫度為340-360℃，時間為24-126h。

技術總結
本發明公開了一種高強高耐熱Al?Fe系合金導電材料及其制備方法，按重量百分比計，該材料的化學組成為：Fe?0.5?1.0％、Zr?0.4?0.6％，余量為鋁。首先利用氣體輔助連續鑄擠獲得合金桿，其中含有幾十到幾百納米的Al<subgt;6</subgt;Fe相，以及Zr固溶度較高的α?Al基體，然后利用低溫時效形成納米級Al<subgt;3</subgt;Zr相以穩定Al<subgt;6</subgt;Fe相，利用高溫時效使Zr元素充分析出以提高合金導電率，Al<subgt;6</subgt;Fe相和Al<subgt;3</subgt;Zr相協同提升合金的力學性能和耐熱性能；該導電材料的原料成本較低，利于推廣應用。

技術研發人員：尹建成,李少陽,劉俊陽,陳梅,李恩濤,任萬祥,劉英莉,孫淑紅,鐘毅
受保護的技術使用者：昆明理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28