[发明专利]一种块状纳米铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种块状纳米铝合金及其制备方法。本发明通过在铝合金基体原料粉末中添加纳米金属氧化物粉体，并优选金属氧化物的种类及其添加量，使得纳米金属氧化物粉体能够在铝合金基体中均匀弥散形成纳米晶核，然后作为成核剂诱导铝合金形成平均晶粒尺寸不超过100nm的均匀纳米结构，从而达到纳米增强的目的。本发明的制备工艺简单，有利于实现块状纳米铝合金的工业化生产。

技术领域

本发明涉及纳米合金技术领域，具体涉及一种块状纳米铝合金及其制备方法。

背景技术

纳米材料由于其独特的物理、化学和力学性能，在电子信息、生物工程、航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而，目前的纳米材料大多是指纳米粉体材料，块状纳米材料由于受到制备技术、材料配方等因素的限制，很难实现工业化的生产。目前块状纳米合金的制造，或采用纳米粉末高温烧结、大塑性变形等复杂工艺，需要高温、高压等苛刻条件，仅能制得晶粒尺寸较大、界面粗糙、微孔隙过多的块状纳米制品；或采用非晶晶化法，通过采用特殊的材料配方，首先获得非晶态固体，然后通过熔体激冷等方法实现非晶态向晶态转变，制备块状纳米产品。上述块状纳米合金材料的制备方法一方面依赖于材料的配方，一方面依赖于复杂的制备工艺，制得块状纳米合金产品质量较差，从而限制了纳米合金的工业化应用。

基于上述纳米合金材料的制备工艺现状，有必要开发一种工艺简单，纳米晶粒尺寸均匀，微孔隙小，适于工业化应用的纳米铝合金的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种块状纳米铝合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种块状纳米铝合金，由基体原料和纳米金属氧化物粉体制成，所述纳米铝合金的平均晶粒尺寸在100nm以下，且其成分按质量百分比计包括：金属氧化物:0.1％-1.0％，Si:9.6％-12％，Cu:1.5％-3.5％，Al和不可避免的杂质：余量，所述金属氧化物为ZnO、MgO中的至少一种。

本发明直接冶炼过程中，在铝合金(ADC12铝合金)基体原料粉末中添加纳米金属氧化物粉体，所述纳米金属氧化物粉体选自纳米ZnO粉、纳米MgO粉中的至少一种，其在铝合金基体中均匀弥散形成纳米晶核，然后作为成核剂诱导铝合金晶粒生长，通过控制纳米金属氧化物粉体的含量为0.1wt％-1.0wt％，可以限制铝合金的平均晶粒尺寸在100nm以下，避免晶粒生长过大，且制备得到的纳米铝合金的微孔隙小，具有较高的机械强度和硬度。

优选地，所述纳米铝合金的成分还包括Fe、Mn、Ni、Mg中的至少一种。

优选地，所述纳米铝合金中Fe的质量百分比＜1.3％，所述纳米铝合金中Mn的质量百分比＜0.5％，所述纳米铝合金中Ni的质量百分比＜0.5％，所述纳米铝合金中Mg的质量百分比＜0.3％。通过控制纳米铝合金中Fe、Mn、Ni、Mg等组分含量，避免这些组分颗粒存在，造成结构缺陷，从而影响铝合金材料的耐久性。

优选地，所述纳米铝合金中杂质的质量百分比≤0.2％。

优选地，所述纳米铝合金中金属氧化物的质量百分比为0.1％-0.5％，使得纳米金属氧化物粉体能够在铝合金基体中均匀弥散形成纳米晶核，具有更好的增强效果。

优选地，所述纳米铝合金的成分按质量百分比计包括：金属氧化物:0.1％-0.5％，Si:10％-11.5％，Cu:2.0％-3.0％，Mn:＜0.5％，Ni:＜0.5％，Mg:＜0.3％，Al：85％-86％。

纳米金属氧化物粉体作为成核剂诱导纳米铝合金纳米结构的形成，纳米金属氧化物粉体的平均粒径对纳米铝合金的纳米结构及其增强效果有显著影响，优选地，所述纳米金属氧化物粉体的平均粒径为10-50nm，能防止铝合金的晶粒生长过大，且有利于生成均匀的纳米结构，获得块状纳米铝合金材料，实现更好的增强效果。