一种环保型高强度铝合金材料及其制备方法与流程

0.5%；cu 4.2-6.0%；la 0.14-0.22%；余量为al和石墨烯。
9.进一步地，所述石墨烯为金属材料总重量的1
‑ꢀ
2 wt.%。
10.进一步地，所述石墨烯的粒度为5-10μm。
11.进一步地，所述石墨烯的厚度为4-20nm。
12.另一方面，本发明还提供一种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al和石墨烯原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨、随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料。
13.进一步地，所述高能球磨原料总质量为100-120g，且球料比为20:1。
14.进一步地，所述高能球磨球磨介质为1-2kg的钢球。
15.进一步地，所述球磨机在 220v 的额定电压下，以200-800 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末。
16.进一步地，所述真空热压烧结条件为：样品粉末为5-10 g，升温速率为9-10 ℃/min，烧结温度为580-650℃，保温时间为 60-80min，保压压力为45-55 mpa。
17.进一步地，所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的石墨烯/铝基复合材料进行迅速升温至540-560℃，保温2-4h后取出放置于室温，即得高强度铝合金材料。
18.本发明的有益效果在于：通过研究铝合金的热处理工艺制度和时效的热力学原理，结合原料选取和比重选择，本发明提供了一种新的工艺，利用球磨法制备合金材料，环保无污染；石墨烯有稳定的苯六元环结构、超大的比表面积、较高的硬度和强度等性能，将石墨烯加入铝合金基体制备复合材料，利用石墨烯本身力学性能优异进一步提高复合材料特性。但是石墨烯自身易团聚，石墨烯含量较高时，易聚拢在一起，且与基体不易结合，本发明中引入了稀土元素，并调配石墨烯材料的占总金属材料的配比，限定石墨烯的粒度为7μm，厚度为12nm，有效降低石墨烯的团聚效应，并使得材料之间的结合作用增强，从而有效实现提高铝合金材料的高强度性能。
具体实施方式
19.下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例1：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.45%；cr 0.3%；mg 3.4%；ti 0.25%；zn 5%；mn 0.5%；si 0.45%；cu 5.1%；la 0.18%；余量为al和石墨烯；所述石墨烯为金属材料总重量的1.5 wt.%。
21.其中，所述石墨烯的粒度为7μm，厚度为12nm；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al和石墨烯原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为110g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1.5kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以500 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；
（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为7 g，升温速率为9.5 ℃/min，烧结温度为610℃，保温时间为 70min，保压压力为50 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的石墨烯/铝基复合材料进行迅速升温至550℃，保温3h后取出放置于室温，即得高强度铝合金材料。
22.实施例2：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.3%；cr 0.2%；mg 2.2%；ti 0.2%；zn 4.5%；mn 0.3%；si 0.4%；cu 4.2%；la 0.14%；余量为al和石墨烯；所述石墨烯为金属材料总重量的1 wt.%。
23.其中，所述石墨烯的粒度为5μm，厚度为4nm；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al和石墨烯原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为100g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以200 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为5 g，升温速率为9 ℃/min，烧结温度为580℃，保温时间为 60min，保压压力为45 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的石墨烯/铝基复合材料进行迅速升温至540℃，保温2h后取出放置于室温，即得高强度铝合金材料。
24.实施例3：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.6%；cr 0.4%；mg 4.6%；ti0.3%；zn 6.5%；mn 0.8%；si0.5%；cu6.0%；la 0.22%；余量为al和石墨烯；所述石墨烯为金属材料总重量的 2 wt.%。
25.其中，所述石墨烯的粒度为10μm，厚度为20nm；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al和石墨烯原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为120g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为2kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以800 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为10 g，升温速率为10 ℃/min，烧结温度为650℃，保温时间为 80min，保压压力为55 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的石墨烯/铝基复合材料进行迅速升温至560℃，保温4h后取出放置于室温，即得高强度铝合金材料。
26.实施例4：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.6%；cr 0.2%；mg 4.6%；ti 0.2%；zn 4.5%；mn 0.3%；si 0.5%；cu 6.0%；la 0.14%；余量为al和石墨烯；所述石墨烯为金属材料总重量的1 wt.%。
27.其中，所述石墨烯的粒度为10μm，厚度为20nm；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al和石墨烯原料粉体混合均匀后放入
球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为120g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以800 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为10 g，升温速率为9 ℃/min，烧结温度为650℃，保温时间为 60min，保压压力为45 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的石墨烯/铝基复合材料进行迅速升温至560℃，保温4h后取出放置于室温，即得高强度铝合金材料。
28.对比例1：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.45%；cr 0.3%；mg 3.4%；ti 0.25%；zn 5%；mn 0.5%；si 0.45%；cu 5.1%；余量为al和石墨烯；所述石墨烯为金属材料总重量的1.5 wt.%。
29.其中，所述石墨烯的粒度为7μm，厚度为12nm；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、al和石墨烯原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为110g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1.5kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以500 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为7 g，升温速率为9.5 ℃/min，烧结温度为610℃，保温时间为 70min，保压压力为50 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的石墨烯/铝基复合材料进行迅速升温至550℃，保温3h后取出放置于室温，即得铝合金材料。
30.对比例2：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.45%；cr 0.3%；mg 3.4%；ti 0.25%；zn 5%；mn 0.5%；si 0.45%；cu 5.1%；la 0.18%；余量为al；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为110g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1.5kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以500 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为7 g，升温速率为9.5 ℃/min，烧结温度为610℃，保温时间为 70min，保压压力为50 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的复合材料进行迅速升温至550℃，保温3h后取出放置于室温，即得铝合金材料。
31.对比例3：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.45%；cr 0.3%；mg 3.4%；ti 0.25%；zn 5%；mn 0.5%；si 0.45%；cu 5.1%；余量为al；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、al原料粉体混合均匀后放入球磨机中进
行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为110g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1.5kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以500 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为7 g，升温速率为9.5 ℃/min，烧结温度为610℃，保温时间为 70min，保压压力为50 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的复合材料进行迅速升温至550℃，保温3h后取出放置于室温，即得铝合金材料。
32.对比例4：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.45%；mg 3.4%；ti 0.25%；zn 5%；mn 0.5%；si 0.45%；cu 5.1%；la 0.18%；余量为al；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe 、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为110g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1.5kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以500 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为7 g，升温速率为9.5 ℃/min，烧结温度为610℃，保温时间为 70min，保压压力为50 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的复合材料进行迅速升温至550℃，保温3h后取出放置于室温，即得铝合金材料。
33.对比例5：本实施例提供一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：fe 0.45%；mg 3.4%；ti 0.25%；zn 5%；mn 0.5%；si 0.45%；cu 5.1%；余量为al；该种环保型高强度铝合金材料的制备方法，步骤包括：（1）按比例称取原料；（2）将fe、 mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、al原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨；所述高能球磨原料总质量为110g，且球料比为20:1；所述高能球磨球磨介质为1.5kg的钢球；所述球磨机在 220v 的额定电压下，以500 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末；（3）随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料；所述真空热压烧结条件为：样品粉末为7 g，升温速率为9.5 ℃/min，烧结温度为610℃，保温时间为 70min，保压压力为50 mpa；所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的复合材料进行迅速升温至550℃，保温3h后取出放置于室温，即得铝合金材料。
34.对实施例1-4和对比例1-5中获得的铝合金材料进行性能测试：（1）硬度测量：在数显硬度仪上进行3次测量后取平均值后最终得到的硬度值；（2）拉伸性能测量：在 wdw-200g 拉伸机上三次试验取平均值后最终得到的拉伸强度值，待试样断裂后，使用游标卡尺测量长度并带入中，计算出的断后伸长率，其中，l-试样长度，δ-断后伸长率(％)；延伸率a，延伸率即试样拉伸断裂后总变形δl与原试样长度l之比的百分数：a=δl/l
×
100%。
35.测试结果如下表1所示：表1
36.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

技术特征：
1.一种环保型高强度铝合金材料，其特征在于，包括以下重量百分比成分：fe 0.3-0.6%；cr 0.2-0.4%；mg 2.2-4.6%；ti 0.2-0.3%；zn 4.5-6.5%；mn 0.3-0.8%；si 0.4-0.5%；cu 4.2-6.0%；la 0.14-0.22%；余量为al和石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种环保型高强度铝合金材料，其特征在于，所述石墨烯为金属材料总重量的1
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2 wt.%。3.根据权利要求1所述的一种环保型高强度铝合金材料，其特征在于，所述石墨烯的粒度为5-10μm。4.根据权利要求1所述的一种环保型高强度铝合金材料，其特征在于，所述石墨烯的厚度为4-20nm。5.一种如权利要求1-4所述的环保型高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：将fe 、cr、mg 、ti 、zn、mn、si 、cu 、la、al和石墨烯原料粉体混合均匀后放入球磨机中进行高能球磨、随后再经过真空热压烧结和热处理得到高强度铝合金材料。6.据权利要求5所述的一种环保型高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述高能球磨原料总质量为100-120g，且球料比为20:1。7.据权利要求5所述的一种环保型高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述高能球磨球磨介质为1-2kg的钢球。8.根据权利要求5所述的一种环保型高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述球磨机在 220v 的额定电压下，以200-800 r/min 的转速，以 0.75kw的额定功率球磨粉末。9.根据权利要求5所述的一种环保型高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述真空热压烧结条件为：样品粉末为5-10 g，升温速率为9-10 ℃/min，烧结温度为580-650℃，保温时间为 60-80min，保压压力为45-55 mpa。10.根据权利要求5所述的一种环保型高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤包括：将经过真空热压烧结的石墨烯/铝基复合材料进行迅速升温至540-560℃，保温2-4h后取出放置于室温，即得高强度铝合金材料。

技术总结
本发明一种环保型高强度铝合金材料，包括以下重量百分比成分：Fe 0.3-0.6%；Cr 0.2-0.4%；Mg 2.2-4.6%；Ti 0.2-0.3%；Zn 4.5-6.5%；Mn 0.3-0.8%；Si 0.4-0.5%；Cu 4.2-6.0%；La 0.14-0.22%；余量为Al和石墨烯。本发明中提供的一种环保型高强度铝合金材料及其制备方法，直接利用高能球磨法制备合金材料，环保无污染，且在提升铝合金材料抗拉强度的同时，实现了硬度和延伸率的提高。了硬度和延伸率的提高。


技术研发人员：闫俊 杨镇江 何景南 文欢 梁志富 唐建国 黄友欣 张成栋
受保护的技术使用者：广东鸿邦金属铝业有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/7/21