一種鋁銅合金材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁銅合金材料的制備方法，生產(chǎn)周期短、成本低。該方法包括以下步驟：(1)依次用320目、500目、1000目水磨砂紙將陰、陽(yáng)電極材料打磨拋光至鏡面光亮；(2)將打磨后的陰極材料先用乙醇清洗，再用蒸餾水沖洗掉表面殘留的乙醇，然后將陰、陽(yáng)電極材料浸泡在熱堿洗液中進(jìn)行堿洗除去表面油污，將陰、陽(yáng)電極材料取出后用蒸餾水清洗電極表面殘留堿液；再將陰極材料極放入酸洗液中除去表面氧化膜，活化陰極；(3)連接電路，打開(kāi)直流電源，將陰、陽(yáng)電極材料連接好后浸入電解液中進(jìn)行沉積、電鍍；(4)將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐中進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后即得鋁銅合金材料；陽(yáng)極材料為純鋁片，陰極材料為純銅片。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種?呂銅合金材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金材料的制備方法，更具體地說(shuō)涉及一種鋁銅合金材料的制備方法，屬于材料表面處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁銅合金也稱(chēng)硬鋁合金，是工業(yè)中廣泛應(yīng)用的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。由于其具有良好的綜合力學(xué)性能，如高的強(qiáng)度，很好的延展性和塑性良好的高溫性能及切削性，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在航空航天產(chǎn)品、輕型裝甲以及汽車(chē)的某些零部件等民用領(lǐng)域。例如航空航天結(jié)構(gòu)件、焊條焊料、機(jī)械加工品、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞機(jī)輪等等。段文燕等研究了高壓處理對(duì)銅鋁合金顯微組織、力學(xué)性能及摩擦因數(shù)的影響。結(jié)果表明:經(jīng)2GPa高壓處理后，銅鋁合金的組織得到細(xì)化，分布更加均勻；其納米壓痕硬度、彈性模量、硬彈比和彈性回復(fù)系數(shù)均有所提高，但摩擦因數(shù)卻稍有降低。張磊等采用脈沖磁場(chǎng)技術(shù)制備了半固態(tài)Al-4.5Cu合金坯料，考察了冷卻速度和脈沖頻率對(duì)半固態(tài)坯料初生α -Al相形貌和尺寸的影響。結(jié)果表明，初生α -Al相平均晶粒尺寸和平均形狀系數(shù)分別隨著冷卻速度的減小和脈沖頻率的增加而相應(yīng)的減小和增加。
[0003]Al-Cu類(lèi)合金是工業(yè)上最早采用的鑄鋁合金。鑄造法工藝其優(yōu)點(diǎn)是可制成形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯。鋁銅合金的制備研究主要集中在除氣、脫氧、除渣、變質(zhì)處理等方面。由于鋁銅合金的結(jié)晶溫度范圍較小，流動(dòng)性好，但是體收縮率比較大，容易形成縮孔等缺陷。此外，由于鋁銅合金表面熔煉時(shí)容易產(chǎn)生一層Α1203保護(hù)膜，可以阻止銅液的氧化。但是這層Α1203保護(hù)膜很容易在熔煉過(guò)程中遭到破壞，因此通常在熔煉過(guò)程中采用木炭、玻璃等覆蓋熔 劑或者Na2C03、CaF2等精煉熔劑來(lái)防止氧化和吸氣。精煉熔劑的加入勢(shì)必造成材料純度、導(dǎo)電性以及力學(xué)性能下降。真空熔煉的鋁銅合金質(zhì)量較好，但是由于真空設(shè)備成本高，生產(chǎn)效率低下，固很少采用。熔煉后的鋁銅錠表面及內(nèi)部往往出現(xiàn)氧化鋁夾渣，這種粗大的氧化物夾渣將大大降低鋁銅合金的力學(xué)性能。為了避免生產(chǎn)中出現(xiàn)上述問(wèn)題，需要研發(fā)一種新方法來(lái)制備鋁銅合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決鋁銅合金在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生縮裂、充型不良等鑄造缺陷的問(wèn)題，提供一種鋁銅合金材料的制備方法。該方法縮短了工藝流程，提高了工作效率，大大降低了能耗，周期短、成本低。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的鋁銅合金材料的制備方法，其包括以下步驟:
[0007](I)依次用320目、500目、1000目水磨砂紙將陰、陽(yáng)電極材料打磨拋光至鏡面光売;
[0008](2)將打磨后的陰極材料先用乙醇清洗，再用蒸餾水沖洗掉表面殘留的乙醇，然后將陰、陽(yáng)電極材料浸泡在熱堿洗液中進(jìn)行堿洗除去表面油污，將陰、陽(yáng)電極材料取出后用蒸餾水清洗電極表面殘留堿液；再將陰極材料極放入酸洗液中除去表面氧化膜，活化陰極；
[0009](3)連接電路，打開(kāi)直流電源，將陰、陽(yáng)電極材料連接好后浸入電解液中進(jìn)行沉積、電鍍；
[0010](4)將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐中進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后即得鋁銅合金材料；
[0011]其中所述的陽(yáng)極材料為純鋁片，陰極材料為純銅片。
[0012]本發(fā)明的鋁銅合金材料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述的堿洗液配方為:Na0H5 ~15g/L、Na2C0325 ~45g/L、NaP0330 ~50g/L，堿洗液溫度 50 ~70°C，堿洗時(shí)間10~20min ;酸洗液配方為:HC120~40g/L，酸洗活化時(shí)間I~2min ;從堿洗液、酸洗液中取出的電極均用流動(dòng)蒸餾水沖洗后吹干。
[0013]本發(fā)明的鋁銅合金材料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的電解液中無(wú)水A1C13、NaCl、KCl質(zhì)量比為3:1:1~8:1: 1，所述的沉積電流密度為0.5~5A/dm2，沉積溫度為140~180°C ;整個(gè)電鍍過(guò)程中保持電解液攪拌，以確保熔鹽成分及溫度的均勻性；電鍍結(jié)束后，將試樣迅速放入水中超聲清洗后吹干。 [0014]本發(fā)明的鋁銅合金材料的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐中進(jìn)行熱處理步驟為:將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐，預(yù)先通I小時(shí)氬氣置換出體系中的空氣后以5°c /min的升溫速度升溫；熱處理溫度為650~850°C，保溫4~6小時(shí)后降溫至室溫，整個(gè)過(guò)程中維持氬氣流量80mL/min。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明采用電鍍后熱處理的方法制備鋁銅合金，有效避免了實(shí)際生產(chǎn)中由于體收縮而形成縮孔等缺陷，以及粗大的氧化物夾渣造成的鋁銅合金的力學(xué)性能的下降。此外還能縮短生產(chǎn)周期、避免使用一些大型機(jī)械設(shè)備，從而達(dá)到降低能耗、節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。所提出的制備工藝得到的鋁銅合金具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為3.6364~3.6487 A，顯微硬度為117.66~132.57HV，腐蝕電流密度為1.375Χ10-6~1.323X 10_5A/dm2。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是電解裝置示意圖，1:直流電源，2:電流表，3:油浴，4:気氣；
[0018]圖2是實(shí)施例1中電流密度0.5~2A/dm2，沉積溫度170~180°C條件下沉積，經(jīng)650~850°C熱處理4~6h后材料的X射線衍射圖譜(XRD)；
[0019]圖3-1是實(shí)施例2中電流密度2~3A/dm2，沉積溫度160~170°C條件下沉積，經(jīng)650~850°C熱處理4~6h后材料的截面掃描電鏡圖片(SEM)；
[0020]圖3-2是實(shí)施例2中電流密度2~3A/dm2，沉積溫度160~170°C條件下沉積，經(jīng)650~850 °C熱處理4~6h后材料的兀素分布圖；
[0021]圖4是實(shí)施例3中電流密度3~4A/dm2，沉積溫度150~160°C條件下沉積，經(jīng)650~850°C熱處理4~6h后的材料以及純銅顯微硬度圖；
[0022]圖5是實(shí)施例4中電流密度4~5A/dm2，沉積溫度140~150°C條件下沉積，經(jīng)650~850°C熱處理4~6h后的材料以及純銅極化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】[0023]本發(fā)明的制備方法中采用以下方法進(jìn)行處理:
[0024](I)依次用320目、500目、1000目水磨砂紙將陰、陽(yáng)電極材料打磨拋光至鏡面光売;
[0025](2)將打磨后的陰極材料先用乙醇清洗，再用蒸餾水沖洗掉表面殘留的乙醇，然后將陰、陽(yáng)電極材料浸泡在熱堿洗液中進(jìn)行堿洗除去表面油污，將陰、陽(yáng)電極材料取出后用蒸餾水清洗電極表面殘留堿液；再將陰極材料極放入酸洗液中除去表面氧化膜，活化陰極；
[0026](3)連接電路，打開(kāi)直流電源，將陰、陽(yáng)電極材料連接好后浸入電解液中進(jìn)行沉積、電鍍；
[0027](4)將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐中進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后即得鋁銅合金材料；
[0028]其中所述的陽(yáng)極材料為純鋁片，陰極材料為純銅片。
[0029]實(shí)施例1
[0030]陰陽(yáng)電極依次經(jīng)過(guò)打磨拋光，堿洗除油，酸洗活化后浸入電解液進(jìn)行電解。無(wú)水AlCl3^NaCl,KCl質(zhì)量比為4:1:1~5:1:1，電流密度0.5~2A/dm2，沉積溫度170~180°C。沉積后的試樣經(jīng)650~850°C熱處理4~6h。熱處理后材料的晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示，說(shuō)明該工藝條件下得到了面心立方固溶體。同時(shí)XRD圖譜中未發(fā)現(xiàn)其它雜峰，說(shuō)明制得的鋁銅合金具有較高純度。該工藝合金的晶格常數(shù)為3.6448~3.6459A,顯微硬度123.47~127.04HV,腐蝕電流密度 1.198X 10-5 ~1.207X KT5AMm2。 [0031]實(shí)施例2
[0032]陰陽(yáng)電極依次經(jīng)過(guò)打磨拋光，堿洗除油，酸洗活化后浸入電解液進(jìn)行電解。無(wú)水AlCl3^NaCl,KCl質(zhì)量比為3:1:1 -4:1:1,電流密度2~3A/dm2，沉積溫度160~170。。。沉積后的試樣經(jīng)650~850°C熱處理4~6h。熱處理后材料的截面掃描電鏡圖片(SEM)以及元素分布如圖3所示，元素分布圖中除了 Al、Cu外沒(méi)有出現(xiàn)其他元素，說(shuō)明制得的合金具有較高的純度。此外合金層與基體金屬之間沒(méi)有出現(xiàn)任何裂縫，表明基體與合金具有較強(qiáng)的連接強(qiáng)度。圖3顯示合金層的厚度約為36 μ m。該工藝合金的晶格常數(shù)為3.6452~3.6468入，顯微硬度 128.92 ~132.57HV，腐蝕電流密度 6.731 X IO-6 ~6.739X 10_6A/dm2。
[0033]實(shí)施例3
[0034]陰陽(yáng)電極依次經(jīng)過(guò)打磨拋光，堿洗除油，酸洗活化后浸入電解液進(jìn)行電解。無(wú)水AlCl3' NaCl, KCl質(zhì)量比為3:1:1~5:1:1,電流密度3~4A/dm2，沉積溫度150~160。。。沉積后的試樣經(jīng)650~850°C熱處理4~6h。熱處理后材料的顯微硬度如圖4所不,與純銅(≤80HV)相比顯微硬度提高了 47.8~50.9%。該工藝合金的晶格常數(shù)為3.6364~3.6375A ,顯微硬度 117.66 ~120.72HV，腐蝕電流密度 1.375X 10_6 ~1.384X 10_6A/dm2o
[0035]實(shí)施例4
[0036]陰陽(yáng)電極依次經(jīng)過(guò)打磨拋光，堿洗除油，酸洗活化后浸入電解液進(jìn)行電解。無(wú)水AlCl3' NaCl、KCl質(zhì)量比為6:1:1~8:1:1，電流密度4~5A/dm2，沉積溫度140~150°C。沉積后的試樣經(jīng)650~850°C熱處理4~6h。熱處理后材料極化曲線如圖5所示，與純銅(1.577X 10_5A/dm2)相比腐蝕電流密度下降了 19.2~20%。該工藝合金的晶格常數(shù)為3.6476~3.6487A，顯微硬度 128.95 ~131.94HV，腐蝕電流密度 1.314X 10-5 ~1.323 X 10-5Α/dm2。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁銅合金材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)依次用320目、500目、1000目水磨砂紙將陰、陽(yáng)電極材料打磨拋光至鏡面光亮； (2)將打磨后的陰極材料先用乙醇清洗，再用蒸餾水沖洗掉表面殘留的乙醇，然后將陰、陽(yáng)電極材料浸泡在熱堿洗液中進(jìn)行堿洗除去表面油污，將陰、陽(yáng)電極材料取出后用蒸餾水清洗電極表面殘留堿液；再將陰極材料極放入酸洗液中除去表面氧化膜，活化陰極； (3)連接電路，打開(kāi)直流電源，將陰、陽(yáng)電極材料連接好后浸入電解液中進(jìn)行沉積、電鍍； (4)將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐中進(jìn)行熱處理，熱處理結(jié)束后即得鋁銅合金材料； 其中所述的陽(yáng)極材料為純鋁片，陰極材料為純銅片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銅合金材料的制備方法，其特征在于所述的堿洗液配方為:NaOH5 ~15g/L、Na2C0325 ~45g/L、NaP0330 ~50g/L，堿洗液溫度 50 ~70°C，堿洗時(shí)間。10~20min ;酸洗液配方為:HC120~40g/L，酸洗活化時(shí)間I~2min ;從堿洗液、酸洗液中取出的電極均用流動(dòng)蒸餾水沖洗后吹干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銅合金材料的制備方法，其特征在于所述的電解液中無(wú)水AlCl3^NaCl,KCl質(zhì)量比為3:1:1~8:1: 1，所述的沉積電流密度為0.5~5A/dm2，沉積溫度為140~180°C ;整個(gè)電鍍過(guò)程中保持電解液攪拌，以確保熔鹽成分及溫度的均勻性；電鍍結(jié)束后，將試樣迅速放入水中超聲清洗后吹干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銅合金材料的制備方法，其特征在于所述的將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐中進(jìn)行熱處理步驟為:將電鍍后的試樣放入管式氣氛爐，預(yù)先通I小時(shí)氬氣置換出體系中的空氣后以5°C /min的升溫速度升溫；熱處理溫度為650~850°C，保溫4~6小時(shí)后降溫至室溫，整個(gè)過(guò)程中維持氬氣流量80mL/min。
【文檔編號(hào)】C25D3/44GK104005062SQ201410209761
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】朱承飛, 瞿澄, 馬超, 姚力軍 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)