CN106011557B - 一种高性能铝合金壳体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能铝合金壳体，其特征在于：所述壳体包括壳体基层以及镀在壳体内外表面的功能材料；所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：2.6％～4.2％；Fe：0.85％～1.5％；Mg：1.3％～2.1％；W：0.2％～0.8％；Zn：0.1％～0.5％；Mn：0.1％～0.5％；Sn：0.08％～0.3％；Pr:0.1～0.2％；余量为Al和不可避免的杂质。本发明提供的高性能铝合金壳体表面均匀光滑，无冷隔和裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及材料物理领域，具体涉及一种高性能铝合金壳体及其制备方法。
背景技术
尾罩壳体是导弹尾部的保护性零部件，其选用的是高性能铸造铝合金，该产品结构复杂，尺寸较大，精度要求高，同时由于是航天产品关键件，对产品内部质量要求较高，性能要求高于国家标准。
现有技术中壳体原采用砂型重力铸造，由于对该产品结构的了解不足以及所采用的铸造工艺存在不足，导致铸件表面质量、内部冶金质量以及性能合格率较低，具体表现为产品表面易出现冷隔，裂纹以及强度和延伸率不足等不良现象，严重影响尾罩壳体生产，急需进行改进和完善。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高性能铝合金壳体及其制备方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供的一种高性能铝合金壳体，所述壳体包括壳体基层以及镀在壳体内外表面的功能材料；所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：2.6％～4.2％；Fe：0.85％～1.5％；Mg：1.3％～2.1％；W：0.2％～0.8％；Zn：0.1％～0.5％；Mn：0.1％～0.5％；Sn：0.08％～0.3％；Pr:0.1～0.2％；余量为Al和不可避免的杂质；所述功能材料的化学式由Al1-x Yby(BizSb1-z)2-x-ySe表示，其中0<x≤0.04，0.05≤y≤0.1，0.1≤z≤0.3，且2:1≤z:y≤4:1。
进一步地，所述不可避免的杂质为Sr、Ti、B。
进一步地，所述镀在壳体内外表面的功能材料的厚度为0.1-30mm。。
进一步地，所述镀在壳体内外表面的功能材料的厚度为1-10mm。
上述高性能铝合金壳体的制备方法，其制备步骤包括如下：
1)壳体基层的制备：按重量百分比称取相应组分组成融熔铝合金，然后进行融熔铝合金铸造，进行合金精炼，精炼后将合金注入铸模，进行连续铸造法进行铸造；
2)将壳体基层放在氩气氛围中200-300℃灼烧1至2小时；保温，除气；然后将壳体基底转入生长室，同时准备Al、Yb、Bi、Sb、Se粉末，将Al、Yb、Bi、Sb、Se粉末进行研磨，超声振荡加热成雾化粉粒；然后将雾化的粉末流向生长室中，控制其流量，在真空环境下，在基底壳体上长出Al1-x Yby(BizSb1-z)2-x-ySe镀层，整个过程保持壳 体基层的温度为120-230℃范围内；最后冷却。
优选地，所述步骤(1)中铸造中注入铸模的流速为10米/秒。
优选地，所述基层与功能层的重量比为(350～600)：1。
有益效果：本发明相对于现有技术而言，具有以下优势：
本发明提供的高性能铝合金壳体由于功能层的存在以及功能层与基层的结合工艺，其基层通过特殊的研磨超声雾化真空工艺，使得壳体的基层与功能层结合紧密，表面均匀光滑，无冷隔和裂纹，并且功能材料中的Yb、Bi降低了Fe的有害作用，大幅提高合金的延伸率；Fe与Al形成FeAl2弥散强化相，提高合金强度；Sb、Se与基体材料结合提高合金力学性能；整个壳体的抗拉强度、屈服强度、延伸率大大提升。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
以下实施例的制备方法均采用同一方法制备，即：
1)壳体基层的制备：按重量百分比称取相应组分组成融熔铝合金，然后进行融熔铝合金铸造，进行合金精炼，精炼后将合金注入铸模，进行连续铸造法进行铸造；
2)将壳体基层放在氩气氛围中200-300℃灼烧1至2小时；保温，除气；然后将壳体基底转入生长室，同时准备Al、Yb、Bi、Sb、Se粉末，将Al、Yb、Bi、Sb、Se粉末进行研磨，超声振荡加热成雾化粉粒；然后将雾化的粉末流向生长室中，控制其流量，在真空环境下，在基底壳体上长出Al1-x Yby(BizSb1-z)2-x-ySe镀层，整个过程保持壳体基层的温度为120-230℃范围内；最后冷却。中0<x≤0.04，0.05≤y≤0.1，0.1≤z≤0.3，且2:1≤z:y≤4:1。
实施例1
一种高性能铝合金壳体，所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：2.6％；Fe：1.5％；Mg：2.1％；W：0.8％；Zn：0.5％；Mn：0.5％；Sn：0.3％；Pr:0.1～0.2％；余量为Al和不可避免的杂质；所述功能材料的化学式由Al0.96Yb0.1(Bi0.2Sb0.8)1.86Se表示。基层与功能层的重量比为350：1。
本实施例制备的产品，其表面均匀光滑，无冷隔和裂纹，抗拉强度由原来的235MPa～245MPa提高至300MPa以上，屈服强度由原来的200MPa～215MPa提高至250MPa，延伸率由原来的10％提升到28％。
实施例2
一种高性能铝合金壳体，所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：4.2％；Fe：0.85％；Mg：1.3％；W：0.2％；Zn：0.1％；Mn：0.1％；Sn：0.08％；Pr:0.1；余 量为Al和不可避免的杂质；所述功能材料的化学式由Al0.98Yb0.05(Bi0.1Sb0.9)1.93Se表示。基层与功能层的重量比为600：1
本实施例制备的产品，其表面均匀光滑，无冷隔和裂纹，抗拉强度由原来的235MPa～245MPa提高至310MPa以上，屈服强度由原来的200MPa～215MPa提高至260MPa，延伸率由原来的10％提升到26％。。
实施例3
一种高性能铝合金壳体，所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：3.2％；Fe：1.2％；Mg：1.8％；W：0.6％；Zn：0.4％；Mn：0.4％；Sn：0.2％；Pr:0.15％；余量为Al和不可避免的杂质；所述功能材料的化学式由Al0.97Yb0.08(Bi0.24Sb0.76)1.68Se表示。基层与功能层的重量比为550：1。
本实施例制备的产品，其表面均匀光滑，无冷隔和裂纹，抗拉强度由原来的235MPa～245MPa提高至330MPa，屈服强度由原来的200MPa～215MPa提高至280MPa，延伸率由原来的10％提升到31％。
实施例4
一种高性能铝合金壳体，所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：3.8％；Fe：1.3％；Mg：1.6％；W：0.4％；Zn：0.3％；Mn：0.2％；Sn：0.15％；Pr:0.18％；余量为Al和不可避免的杂质；所述功能材料的化学式由Al0.98Yb0.05(Bi0.1Sb0.9)1.93Se表示。基层与功能层的重量比为450：1。
本实施例制备的产品，其表面均匀光滑，无冷隔和裂纹，抗拉强度由原来的235MPa～245MPa提高至330MPa，屈服强度由原来的200MPa～215MPa提高至280MPa，延伸率由原来的10％提升到31％。
实施例5
一种高性能铝合金壳体，所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：2.8％；Fe：1.1％；Mg：1.7％；W：0.7％；Zn：0.2％；Mn：0.3％；Sn：0.17％；Pr:0.12％；余量为Al和不可避免的杂质；所述功能材料的化学式由Al0.97Yb0.08(Bi0.24Sb0.76)1.68Se表示。基层与功能层的重量比为580：1。
本实施例制备的产品，其表面均匀光滑，无冷隔和裂纹，抗拉强度由原来的235MPa～245MPa提高至338MPa，屈服强度由原来的200MPa～215MPa提高至282MPa，延伸率由原来的10％提升到28％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高性能铝合金壳体，其特征在于：所述壳体包括壳体基层以及镀在壳体内外表面的功能材料；所述基层按重量百分比计包括由以下组分组成：Si：2.6％～4.2％；Fe：0.85％～1.5％；Mg：1.3％～2.1％；W：0.2％～0.8％；Zn：0.1％～0.5％；Mn：0.1％～0.5％；Sn：0.08％～0.3％；Pr:0.1～0.2％；余量为Al和不可避免的杂质；
所述功能材料的化学式由Al1-xYby(BizSb1-z)2-x-ySe表示，其中0<x≤0.04，0.05≤y≤0.1，0.1≤z≤0.3，且2:1≤z:y≤4:1。
2.根据权利要求1所述的高性能铝合金壳体，其特征在于：所述不可避免的杂质为Sr、Ti、B。
3.根据权利要求1所述的高性能铝合金壳体，其特征在于：所述绝缘基底的厚度为0.1-10mm。
4.根据权利要求1所述的高性能铝合金壳体，其特征在于：所述镀在壳体内外表面的功能材料的厚度为0.1-30mm。
5.根据权利要求1所述的高性能铝合金壳体，其特征在于：所述镀在壳体内外表面的功能材料的厚度为1－10mm。
6.一种权利要求1～5中任一项所述的高性能铝合金壳体的制备方法，其特征在于：其制备步骤包括如下：
1)壳体基层的制备：按重量百分比称取相应组分组成融熔铝合金，然后进行融熔铝合金铸造，进行合金精炼，精炼后将合金注入铸模，进行连续铸造法进行铸造；
2)将壳体基层放在氩气氛围中200-300℃灼烧1至2小时；保温，除气；然后将壳体基底转入生长室，同时准备Al、Yb、Bi、Sb、Se粉末，将Al、Yb、Bi、Sb、Se粉末进行研磨，超声振荡加热成雾化粉粒；然后将雾化的粉末流向生长室中，控制其流量，在真空环境下，在基底壳体上长出Al1-xYby(BizSb1-z)2-x-ySe镀层，整个过程保持壳体基层的温度为120-230℃范围内；最后冷却。
7.根据权利要求6中所述的高性能铝合金壳体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中铸造中注入铸模的流速为10米/秒。
8.根据权利要求6中所述的高性能铝合金壳体的制备方法，其特征在于：所述基层与功能层的重量比为(350～600)：1。
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