本發(fā)明屬于鋁合金材料，具體涉及一種高強度鋁基合金材料及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

1、鋁合金是以鋁為基體，添加一定量其他合金化元素的合金，是輕金屬材料之一，具有較高的強度，良好的鑄造性能和塑性加工性能，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，良好的耐蝕性和可焊性，可作結(jié)構(gòu)材料使用，在航天、航空、交通運輸、建筑、機(jī)電、輕化工和日用品等領(lǐng)域中應(yīng)用。

2、目前能夠成熟應(yīng)用的增材制造鋁合金材料中僅有部分al-si合金以及極少部分al-mg合金能夠進(jìn)行激光增材成型，但是al-si合金受材料體系以及元素在鋁合金中固有固溶度的影響，材料性能不夠優(yōu)異，而al-mg合金雖強度不錯，但在成型過程中因追求高強度所添加的mg含量很高，導(dǎo)致材料在激光的轟擊下形成很大的揮發(fā)性煙塵，材料孔隙率很高影響了材料的致密度，所成型的材料雖然強度較高，但很容易疲勞失穩(wěn)，嚴(yán)重影響了其實際應(yīng)用推廣。再者，目前所應(yīng)用的al-mg合金均采用sc強化，即al-mg-sc體系，原料價格高昂，同樣限制了材料的應(yīng)用推廣。

3、采用傳統(tǒng)的制備方法，例如提高合金純度、調(diào)整組成、改變熱處理規(guī)范等方式、來研制新的鋁合金材料，所獲得的效果已越來越小。為了大幅度提高材料強度、耐蝕性、耐熱性、斷裂韌性等性能，通過將鋁合金熔體霧化，快速凝固成粉末，再將粉末壓制、燒結(jié)、壓力加工成鋁合金材料，制得的材料晶粒細(xì)小，金屬間化合物粒子細(xì)化，化學(xué)成分均勻，合金元素的過飽和固溶度增加，彌散強化、固溶強化和時效強化作用得到綜合利用，因而材料有很高的強度，很好的抗應(yīng)力腐蝕性能。但是目前生產(chǎn)的鋁合金粉末基本上是采用惰性氣體霧化或離心霧化，制得的鋁合金粉末顆粒分散度低且易粘連，通常通過加入石蠟、硬脂酸鋅等潤滑粘接劑促進(jìn)粉末成型，但是此操作會在鋁合金粉末中引入雜質(zhì)，影響材料的強度。

4、公開號為cn109954884a的中國專利申請文件公開了一種粉末冶金高強度難變形鋁合金粉末的裝料成型方法，具體為：鋁合金粉末進(jìn)行機(jī)械球磨預(yù)處理后采用無水乙醇浸潤處理，然后裝入裝粉裝置，進(jìn)行液壓機(jī)壓制，包套焊接上蓋與除氣鋁管，最后加熱去除包套內(nèi)殘留乙醇，得到粉坯。此方法省略了對粉末冷等靜壓成型步驟，縮短了生產(chǎn)周期，但是其采用的鋁合金粉末為氣體霧化粉末，鋁合金粉末的分散度低且易粘連。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決相關(guān)技術(shù)中存在的力學(xué)性能差的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高強度鋁基合金材料及其生產(chǎn)工藝。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種高強度鋁基合金材料，按質(zhì)量百分比計，包括以下組分：

4、鎂1.0%-3.2%、鋯1.0%-2.7%、錳1.25%-1.53%、銅0.8%-1.4%、釩0.2%-0.5%、納米強化劑0.7%-1.0%和余量鋁；所述納米強化劑由zrocl2·8h2o和沉淀劑采用溶膠-凝膠法制備得到。

5、傳統(tǒng)增材制造鋁合金的合金元素含量高，在激光增材制造過程中由于熔池內(nèi)部溫度梯度較高以及凝固速率較快，導(dǎo)致成型件內(nèi)部應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生熱裂紋缺陷，降低力學(xué)性能，本發(fā)明中采用具有納米效應(yīng)的納米強化劑，更易于均勻彌散在鋁合金基體中，形成彌散強化劑并起到釘扎作用，有效阻礙微裂紋的發(fā)展并促進(jìn)晶粒細(xì)化，進(jìn)一步增強合金的力學(xué)性能。

6、適用于增材制造的鋁鎂合金中，鎂元素的含量較高，但是鎂元素在3d打印過程中會揮發(fā)，產(chǎn)生大量的黑煙，在鋁合金表面形成孔洞，從而導(dǎo)致鋁合金的屈服強度降低，本發(fā)明中采用鋯元素代替部分鎂元素，鋯元素的加入促進(jìn)al3zr析出相的形成，產(chǎn)生晶界釘扎，并在鋁合金中作為非均勻形核質(zhì)點，可以有效降低鋁合金的晶粒大小，進(jìn)而降低鋁合金對裂紋的敏感度，提升力學(xué)強度。釩在鋁合金中具有較低的擴(kuò)散率，能夠增強鋁合金的高溫強度，同時，釩在鋁合金中可以與鋁通過共晶反應(yīng)形成金屬間化合物，起到細(xì)化晶粒、提高再結(jié)晶溫度、提升力學(xué)性能的效果。

7、進(jìn)一步的，所述納米強化劑的制備方法具體為：（1）將zrocl2·8h2o水溶液和氨水同時滴加到沉淀劑溶液中，攪拌反應(yīng)，靜置老化，得到zr(oh)4凝膠；（2）將步驟（1）得到的zr(oh)4凝膠抽濾洗滌，得到zr(oh)4水凝膠；（3）向步驟（2）得到的zr(oh)4水凝膠中加入無水乙醇，攪拌，抽濾，干燥，研磨后在通入氮氣的條件下，升溫進(jìn)行熱處理，冷卻，研磨，得到納米強化劑。

8、本發(fā)明中采用zrocl2·8h2o水溶液和沉淀劑通過溶膠-凝膠法制備得到氧化鋯納米粉末，并通過控制熱處理的溫度和時間進(jìn)一步控制氧化鋯納米粉末的粒徑和比表面積，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱處理溫度過高或時間過長時，制得的氧化鋯納米粉末的粒徑越大，比表面積越小。此外，本發(fā)明中在水凝膠中加入無水乙醇可以將水凝膠中的水置換出來，形成醇凝膠，并在流動氮氣的條件下進(jìn)行熱處理，可以有效將凝膠中的水分帶走，避免氧化鋯納米粉末的硬團(tuán)聚，有利于制得納米級粒徑的氧化鋯納顆粒。

9、更進(jìn)一步的，納米強化劑的制備方法步驟（1）中所述zrocl2·8h2o水溶液的濃度為0.1-0.2mol/l，氨水的ph值為9-10，zrocl2·8h2o水溶液和氨水的滴加速度為2.8-3.2ml/min，沉淀劑為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.5%-3.0%的氨水水溶液，攪拌反應(yīng)的時間為2-2.5h，靜置老化的時間為8-10h。

10、更進(jìn)一步的，納米強化劑的制備方法步驟（3）中所述熱處理的溫度為400-450℃，熱處理時間為3.8-4.3h。

11、更進(jìn)一步的，所述納米強化劑的制備方法中各組分的質(zhì)量份數(shù)為：zrocl2·8h2o水溶液20-30份、氨水10-16份、沉淀劑溶液10-15份、無水乙醇8-12份。

12、進(jìn)一步的，所述高強度鋁基合金材料，按質(zhì)量百分比計，包括以下組分：鎂2.4%、鋯1.9%、錳1.35%、銅1.1%、釩0.4%、納米強化劑0.9%和余量鋁。

13、本發(fā)明還提供了所述高強度鋁基合金材料的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

14、s1：將高強度鋁基合金材料配方中的各組分加入到熔化爐中，在惰性氣體的保護(hù)下，加熱熔融，得到金屬溶液；

15、s2：將步驟s1制得的金屬溶液通過惰性氣體進(jìn)行真空霧化，得到高強度鋁基合金材料。

16、進(jìn)一步的，所述高強度鋁基合金材料的生產(chǎn)工藝步驟s1和步驟s2中所述惰性氣體為氦氣或氬氣，步驟s1中惰性氣體加入到熔融爐中的壓強為2.4-3.0mpa。

17、本發(fā)明中通過控制熔融爐中的壓強，減少鋁基合金材料中元素的揮發(fā)。

18、進(jìn)一步的，高強度鋁基合金材料的生產(chǎn)工藝步驟s1中所述加熱熔融的溫度為1250-1400℃。

19、進(jìn)一步的，高強度鋁基合金材料的生產(chǎn)工藝步驟s2中所述金屬溶液的流速為10-15g/s。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的高強度鋁基合金材料及其生產(chǎn)工藝具有如下技術(shù)優(yōu)勢：

21、（1）本發(fā)明通過優(yōu)化鋁基合金材料的配方，有效降低鋁合金的晶粒大小，提升力學(xué)強度；

22、（2）本發(fā)明中采用zrocl2·8h2o水溶液和沉淀劑通過溶膠-凝膠法制備得到納米強化劑，在鋁基合金材料中形成彌散強化劑并起到釘扎作用，有效阻礙微裂紋的發(fā)展并促進(jìn)晶粒細(xì)化，進(jìn)一步增強合金的力學(xué)性能；

23、（3）本發(fā)明提供的高強度鋁基合金材料的抗拉強度大于625mpa，屈服強度大于597mpa，延伸率＞20%，綜合性能優(yōu)異。