一种导电性能良好的铝合金材料及其生产方法
文献发布时间:2023-06-19 11:44:10
技术领域
本发明涉及一种导电性能良好的铝合金材料,还涉及该铝合金材料的生产方法。
背景技术
铝,平价且导电性良好且耐腐蚀,近年来,由于节省能源的需要,使其在各个领域内均受到极大关注,但铝的缺点也非常明显,由于铝的力学性能不佳,硬度低,导致其在航空航天、芯片等高科技领域无法被广泛应用,因此,需添加其他微量金属增加铝的导电性及力学性能,但由于铝易与空气中的氧发生氧化反应的时间极快,导致铸锭后再制备合金时氧化物夹杂在合金内,导致制备成的铝合金易脆、易断、导热性能同时降低,为适应现有发展,急需一种电导性高、力学性能更佳、且导热性更好的铝合金,并需对其制备方法进行优化,减少其的氧化物夹杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种导电性能良好的铜线及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案,
一种导电性能良好的铝合金材料,以重量百分比计,基本组分为:基本组分为:3%~5%的Cu、0.2%~1%的Ag、0.1%~0.5%的Al-B中间合金、0.002%~0.003%的Ti、0.001%~0.0035%的V、1%~3.3%的Re、其余为Al。
本发明还提供了一种导电性能良好的铝合金材料的生产方法,包括如下步骤:
S1.将原料Al熔融600℃~700℃熔融,得到Al熔体,Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中,536℃~600℃保温1~2h后,静置沉淀去除硼化物,再放入冷却剂中快速冷却,得到第一处理材料;
S2.将第一处理材料放入200℃~250℃温度下,保温1~3h,后升温至250℃~300℃,二次保温1~3h,冷却后粉碎,制得第二处理材料;
S3.第二处理材料、Ti粉末、Re粉末、和V粉末共同放入高能球磨中,并加入球磨介质,氮气氛围下球磨,得到第三处理材料;
S4.第三处理材料放入900℃~1300℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结,烧结时间为2~4h,烧结后退火得到该铝合金材料。
优选地,所述的Al-B中间合金的制备方法包括如下步骤:
99.7%的纯铝加热融化成铝液,温度达到700℃~750℃时向铝液内加入铝液重量1~3%重量的四硼酸钠,同时进行6~10min的电磁搅拌,然后升温至1000℃~1200℃保温处理10~20min,保温过程中进行3~5min的电磁搅拌,得到第一处理液;
第一处理液浇锭冷却,得到Al-B中间合金。
优选地,所述步骤S1中的冷却剂包括:
氢氧化钠1-3、有机聚醚3-4份、乙醇20-25份、偏硅酸钠2-6份、柠檬酸钠1-5份、去离子水120-200份。
优选地,所述的步骤S3中的球磨介质由100~150份的乙醇、0.1~0.8份的仲醇聚氧乙烯醚、0.3~0.4份十二烷基苯磺酸制备而成。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、铝先和Al-B中间合金、铜及银同熔,并经保温处理-快速冷却后,再进行两次升温-保温处理,制成内含银、铜及少量硼的铝合金,同时,快速冷却及两次升温-保温处理中,使得铝基体中过饱和的固溶溶质析出更多,晶格扭曲及回复更加彻底,内应力及微观应力减少,使得合金的导热性能和导电性能增强,但其力学性能有所下降;
2、在合金内掺杂了微量的钛元素,生成少量的TiAl
3、通过先同熔铝、Al-B中间合金、铜及银,再粉碎高压烧结的方式二次重组合金的晶界,使各元素的共溶更密切,通过球磨-氮气高压烧结的方式,减少热损伤,和烧结温度,降低材料的热脆性增加金属柔韧性,烧结温度的降低减少材料高温耗损。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
对比例1:
一种铝合金材料,以重量百分比计,基本组分为4%的Cu、0.5%的Ag、0.2%的Al-B中间合金、0.002%的Ti、0.001%的V、余量为Al;
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤:
S1.将原料Al熔融650℃熔融,得到Al熔体,Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中,600℃保温1.5h后,静置沉淀去除硼化物,再放入冷却剂中快速冷却,得到第一处理材料;
S2.将第一处理材料放入200℃温度下,保温2h,后升温至300℃,二次保温3h,冷却后粉碎,制得第二处理材料;
S3.第二处理材料、Ti粉末和V粉末混合均匀,得到第三处理材料;
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结,烧结时间为4h,烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例1:
一种导电性能良好的铝合金材料,以重量百分比计,基本组分为4%的Cu、0.5%的Ag、0.2%的Al-B中间合金、0.002%的Ti、0.001%的V、2.3%的Re、余量为Al;
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤:
S1.将原料Al熔融650℃熔融,得到Al熔体,Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中,600℃保温1.5h后,静置沉淀去除硼化物,再放入冷却剂中快速冷却,得到第一处理材料;
S2.将第一处理材料放入200℃温度下,保温2h,后升温至300℃,二次保温3h,冷却后粉碎,制得第二处理材料;
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中,并加入球磨介质,氮气氛围下球磨,得到第三处理材料;
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结,烧结时间为4h,烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例2:
一种导电性能良好的铝合金材料,以重量百分比计,基本组分为4%的Cu、0.5%的Ag、0.2%的Al-B中间合金、0.002%的Ti、0.001%的V、2.3%的Re、余量为Al;
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤:
S1.99.7%的纯铝加热融化成铝液,温度达到700℃时向铝液内加入铝液重量2%重量的四硼酸钠,同时进行8min的电磁搅拌,然后升温至1000℃保温处理15min,保温过程中进行5min的电磁搅拌,得到第一处理液;
第一处理液浇锭冷却,得到Al-B中间合金;
将原料Al熔融650℃熔融,得到Al熔体,Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中,600℃保温1.5h后,静置沉淀去除硼化物,再放入冷却剂中快速冷却,得到第一处理材料;
S2.将第一处理材料放入200℃温度下,保温2h,后升温至300℃,二次保温3h,冷却后粉碎,制得第二处理材料;
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中,并加入球磨介质,氮气氛围下球磨,得到第三处理材料;
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结,烧结时间为4h,烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例3:
一种导电性能良好的铝合金材料,以重量百分比计,基本组分为4%的Cu、0.5%的Ag、0.2%的Al-B中间合金、0.002%的Ti、0.001%的V、2.3%的Re、余量为Al;
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤:
S1.99.7%的纯铝加热融化成铝液,温度达到700℃时向铝液内加入铝液重量2%重量的四硼酸钠,同时进行8min的电磁搅拌,然后升温至1000℃保温处理15min,保温过程中进行5min的电磁搅拌,得到第一处理液;
第一处理液浇锭冷却,得到Al-B中间合金;
将原料Al熔融650℃熔融,得到Al熔体,Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中,600℃保温1.5h后,静置沉淀去除硼化物,再放入由氢氧化钠2、有机聚醚3.5份、乙醇20份、偏硅酸钠2份、柠檬酸钠3份、去离子水150份制备而成的冷却液中快速冷却,得到第一处理材料;
S2.将第一处理材料放入200℃温度下,保温2h,后升温至300℃,二次保温3h,冷却后粉碎,制得第二处理材料;
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中,并加入球磨介质,氮气氛围下球磨,得到第三处理材料;
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结,烧结时间为4h,烧结后退火得到该铝合金材料。
实施例4
一种导电性能良好的铝合金材料,以重量百分比计,基本组分为4%的Cu、0.5%的Ag、0.2%的Al-B中间合金、0.002%的Ti、0.001%的V、2.3%的Re、余量为Al;
该铝合金材料的制备方法包括如下步骤:
S1.99.7%的纯铝加热融化成铝液,温度达到700℃时向铝液内加入铝液重量2%重量的四硼酸钠,同时进行8min的电磁搅拌,然后升温至1000℃保温处理15min,保温过程中进行5min的电磁搅拌,得到第一处理液;
第一处理液浇锭冷却,得到Al-B中间合金;
将原料Al熔融650℃熔融,得到Al熔体,Al-B中间合金、Cu原料和Ag原料共同放入Al熔体中,600℃保温1.5h后,静置沉淀去除硼化物,再放入由氢氧化钠2、有机聚醚3.5份、乙醇20份、偏硅酸钠2份、柠檬酸钠3份、去离子水150份制备而成的冷却液中快速冷却,得到第一处理材料;
S2.将第一处理材料放入200℃温度下,保温2h,后升温至300℃,二次保温3h,冷却后粉碎,制得第二处理材料;
S3.第二处理材料、Ti粉末、V粉末和Re粉末共同放入高能球磨中,并加入由100的乙醇、0.2份的仲醇聚氧乙烯醚、0.4份十二烷基苯磺酸制成的球磨介质,氮气氛围下球磨,得到第三处理材料;
S4.第三处理材料放入1000℃的高压容器中以氩气作为压力介质高压保温烧结,烧结时间为4h,烧结后退火得到该铝合金材料。
对比例1和实施例1-4制得的铝合金材料性能如表1:
表1
请参阅表1,及上述对比例及实施例内容,对比对比例1和实施例1,可知,对比例1采用铝先和Al-B中间合金、铜及银同熔,并经保温处理-快速冷却后,再进行两次升温-保温处理,制成内含银、铜及少量硼的铝合金,同时,快速冷却及两次升温-保温处理中,使得铝基体中过饱和的固溶溶质析出更多,晶格扭曲及回复更加彻底,内应力及微观应力减少,使得合金的导热性能和导电性能增强,但其力学性能有所下降,因此,在后续制备步骤中将合金粉碎后与钛元素、钒进行二次重组,生成少量的TiAl
对比实施例1与实施例2,可知,实施例2在实施例1的基础上,对Al-B中间合金的制备,采用先低温加热-保温后再高温-保温,并伴随电磁搅拌的方式,使得硼在铝液分布更均匀,减少硼化物的团聚现象,形成晶粒细小且均匀的Al-B合金,且通过先低温加热-保温后再高温-保温的二次固溶方式,使得硼在铝液内析效果出更佳,所制备的Al-B中间合金于铝合金内硼化效果更好,所制备出的铝合金导电性能更佳;
对比实施例2和实施例3,可知,实施例3在实施例2的基础上,在冷却剂的成分上做了更优的选择,使用氢氧化钠作为主剂,柠檬酸钠、偏硅酸钠、乙醇作为付剂,有机聚醚作为表面活性剂,柠檬酸钠对多种金属离子有较强的配位能力,对重金属离子有强烈的螯合作用,能抑制水中存在的离子对合金表面的不良反应,抑制合金表面腐蚀,偏硅酸钠具有良好的湿润性和乳化性,与柠檬酸钠同用,能够增强有机聚醚的综合性能,且添加乙醇,使合金外部形成一层易挥发的防氧化膜,帮助合金快速冷却的同时,避免合金氧化,在进入步骤S2时合金外附着的乙醇还可有效降低材料处理温度,且使表面加热更均匀;
对比实施例3和实施例4,可知,实施例4在实施例3的基础上,具体优化了球磨介质,将仲醇聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸分散于乙醇内作为活性剂,分散在乙醇中,具有微弱的起泡性,气泡在球磨时不断的产生、长大和破灭,可以有效融合各材料粉末,使其之间的分散、混合更均匀,且仲醇聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸的残留进入步骤S4时,使粉末材料之间具有更好的连和性,使得合金烧结更加均匀,形成的晶界更规律。
由上述可见,实施例4制备成的合金相较于实施例1-3力学性能和导电率之间的平衡性最佳、导电性最优,因此,认为实施例4是本发明的最优实施例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
- 一种导电性能良好的铝合金材料及其生产方法
- 一种具有良好导电性能的铝合金型材