[发明专利]一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法

说明书

一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，属于粉末注射成形技术领域。本发明工艺流程为：以Al‑Cu‑Mg‑Si合金体系为基础，含有少量合金元素Sn。以纯铝粉为主要原料，其它合金元素以单质粉或二元合金粉的形式加入。将特定成分的铝合金粉末混匀后与蜡基粘结剂置于辊式混炼机上进行混炼，再经注射成形制备成铝合金生坯，经过溶剂脱脂与热脱脂，然后在高纯N₂气氛下烧结后制得铝合金制品。通过控制原料粉末的粒度、粘结剂的优化、微量合金元素的添加、烧结制度的优化等手段，实现了注射成形铝合金致密化烧结。本发明提供了一种低成本大批量制备高性能复杂形状铝合金零部件的制备技术，所制备的铝合金致密度大于98％，抗拉强度大于等于300MPa。

技术领域

本发明提供一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法，属于粉末冶金领域。

背景技术

铝合金密度低、比强度高、塑性好、具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，广泛应用于航空航天、电力电子、建筑等工业领域。近年来，航空航天、汽车、可穿戴电子设备等领域对高性能小型复杂形状的铝合金结构件的需求逐渐增加。然而，采用机械加工工艺制备小型复杂零部件材料利用率低、加工成本高，不适合批量生产。而铸造工艺的成形复杂形状的能力、精度均不能满足实际需求，且由于铸造组织不均匀会影响产品表面状态和表面处理工艺。采用快速冷凝-粉末冶金工艺可以制备高强度、高刚度的铝合金材料，其室温拉伸强度可以超过800Mpa[Guo J Q,Kazama N S.Mechanical properties of rapidlysolidified Al-Ti-Fe,Al-Cu-Fe and Al-Fe-Cu-Ti based alloys extruded from theiratomized powders.Materials Science and Engineering A,1997,232(1-2):177-182]，但这种工艺不能直接制备出近终形的产品，工艺成本高，目前只限应用于航空航天等高端领域。传统粉末冶金压制-烧结工艺可以大批量生产近终形零件，Schaffer等人[Ma Q,Schaffer G B.Sintering of aluminium and its alloys.Sintering of AdvancedMaterials,2010,291-323；Lumley R N,Sercombe T B,Schaffer G B.Surface oxide andthe role of magnesium during the sintering of aluminum.Metallurgical andMaterials Transactions A,1999,30(2):457-463；Sercombe T B,Schaffer G B.On therole of magnesium and nitrogen in the infiltration of aluminium by aluminiumfor rapid prototyping applications.Acta Materialia,2004,52(10):3019-3025]基于液相烧结原理，在烧结过程中实现了铝粉表面氧化膜的破除及烧结致密化，其烧结密度可以达到98％，使粉末冶金铝合金制品在汽车、家电和电子设备中获得了广泛应用。但传统的粉末冶金法由于受模具的限制在制备复杂形状零件方面会有较大局限性，这限制了粉末冶金铝合金零部件更广泛的应用。Martin和Schaffer等人[Martin J H,Yahata B D,HundleyJ M,Mayer J A,Schaedler T A,Pollock T M.3D printing of high-strengthaluminium alloys.Nature,2017,549(7672):365-369.Sercombe T B,Schaffer GB.Rapid manufacturing of aluminum components.Science,2003,301(5637):1225-1227.]曾在Nature和Science上发表了他们采用3D打印技术制备复杂形状的铝合金零件的研究结果，该方法在制备单个或小批量复杂形状产品方面具有优势，但不适合大批量产品的生产。因此，传统的制备和加工方法在制备高性能复杂形状的铝合金零部件方面都存在一定的局限性，急需开发一种低成本大批量制备高性能复杂形状铝合金零部件的制备技术。