一种高强高导铝锂铜合金的制备工艺

本发明涉及一种高强高导铝锂铜合金的制备工艺，属于高强高导铝合金制备。

背景技术：

1、铝锂合金具有轻量化、高强度和良好的可加工性等优点，适用于航空航天、汽车等领域。然而，现代工业的发展对铝锂合金的强度和导电性等性能提出了更高的要求。

2、目前，单纯地依靠通过改善元素的成分，或单纯地依靠生产工艺的调整，以期来增强铝锂铜合金材料的强度和导电性能，已逐渐达到瓶颈。但若从二者的协同作用入手，仍能进一步提高铝镁锂铜合金的强度和导电性能。对改善国内目前需要较高强度和导电性的装置，具有巨大的帮助。

3、发明专利cn117144213a介绍了一种铝锂合金及制备方法，通过改善合金成分，以及cu和mg的重量比1.38-2.92：1，进而提高合金拉伸性能、断裂韧性和各向异性。发明专利cn117165880a介绍了一种提升含钪元素铝锂合金强度的工艺方法，将含钪元素铝锂合金铸锭进行多道次热轧获得热轧板，将热轧板进行退火处理，获得退火件，将退火件进行多道次冷轧获得冷轧板，最后将冷轧板依次进行固溶处理、时效处理即得含钪元素铝锂合金，对初始铸锭直接进行塑性变形，显著改善初生相的形貌，提高了cu原子在铝固溶体中的含量，通过塑性变形和热处理工艺调整实现对微观组织的调控，进而实现含sc的第三代al-cu-li合金强度的显著提升。

4、上述工艺得到的铝合金材料，通过添加不同的元素成分以及不同元素的重量比控制形成不同的组织，改善合金的各向异性和塑性性能，但却都未考虑其强度和电学性能。因此，有必要提供一种提高铝锂铜合金的强度和导电性的加工工艺，进一步拓展铝锂铜合金材料在汽车、电子、航空航天等领域的应用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高强高导铝锂铜合金的制备工艺，具体制备步骤如下所述：

2、(1)将铝锂铜合金及铜粉在球磨机中进行球磨混合，接着进行熔炼、精炼、除杂、浇铸、均质化处理工序，获得铝锂铜合金样品。

3、(2)将步骤(1)得到的铝合金放入超声波振荡器中，进行超声波处理。

4、(3)超声波处理后的铝合金通入交流脉冲，进行电脉冲处理。

5、(4)超声波处理+电脉冲处理循环处理，循环处理可以提高所需的团簇比例，进而提高合金的力学性能。

6、(5)最后一次电脉冲处理后进行中低温保温处理。

7、优选的，步骤(1)中所述铝锂铜合金包括如下质量百分含量的成分：1.6～2.2％li，4.0～5.2％cu，0.01～0.03mg，0.01～0.03si，0.02～0.04％zr，余量为al和不可避免的杂质，所有成分总的质量百分比为100％。

8、优选的，步骤(1)中球磨混合处理球磨介质为钢球，直径为20mm，球磨时间为1h。

9、优选的，步骤(1)中熔炼处理，温度为560～630℃，熔炼时间1h。

10、优选的，步骤(1)中浇铸前需要提前将模具预热到200℃，均质化处理温度为530℃，时间2h。

11、优选的，步骤(2)中超声波处理的超声波频率在20khz～40khz，功率密度0.1～0.5w/cm2，处理时间5～10min，处理温度30～70℃。

12、优选的，步骤(3)中电脉冲处理的脉冲周期50～80ms，脉冲宽度10～30μs，脉冲频率1～10hz，脉冲占空比为30％，温度300～350℃，脉冲时间不少于30s。

13、优选的，步骤(4)中超声波处理+电脉冲处理循环次数不少于3次，且超声波处理与电脉冲处理间隔时间不能高于3min，冷却介质为水。

14、优选的，步骤(5)中低温保温处理的保温时间100～150℃，保温时间30min。

15、本发明的原理：

16、铝锂铜合金的强度和导电性与元素含量、处理工艺、析出相的尺寸、形态、数量有着密切的关系。铜元素的增加合金中会出现一些析出相，如富含铜的镁铜(al2cumg)相，增加合金的强度和导电性；硅元素会与镁元素结合形成mg2si析出相，改善合金强度和导电性；锂元素与铜和铝元素形成t1(al2culi)析出相有助于改善合金强度；超声波处理可以引起分子的振动，发生分子变迁，还会产生应力使得合金进行位错滑移，晶界移动以及细化晶粒，也能使得合金的内部缺陷夹杂气孔得到减少，以及增加空位的数量，以获得更高的空位浓度，从而提高合金的导电性和强度。电脉冲处理可以使得合金表面的微观结构发生改变引起材料表面的极化和电离，使晶体结构尺寸减少晶界清晰形成更加致密的组织，还会去除部分杂质，以及增加空位的密度，使得合金容易产生团簇。超声波+电脉冲循环处理使得合金获得较高的团簇比例，进而改善合金的强度和导电性。上述所有工序的协同作用，使铝锂铜合金材料同时具备了高强高导的效果。

17、本发明的有益效果

18、(1)本发明是通过增加铜含量，并结合球磨混合、熔炼铸造、浇铸、超声波处理、电脉冲处理、循环处理、中低温保温处理等工艺获得理想的高强高导的铝锂铜合金。

19、(2)cu的增加，获得所需的析出相组织结构，进而改善合金的力学性能。

20、(3)特定的超声波+电脉冲循环处理工艺，保证了晶粒结构得到改善，晶粒细化程度高，空位密度高，获得理想的团簇比例，进而改善合金的强度和导电性。

21、(4)该发明为获得高强高导铝锂铜合金的生产工艺，提供一种新的方法。

技术特征：

1.一种高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于，通过增加cu元素，对合金成分进行优化设计，结合超声波处理、电脉冲处理工艺，实现铝锂铜合金强度和导电性的最佳性能，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1中所述高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中所述铝锂铜合金包括如下质量百分含量的成分：1.6～2.2％li，4.0～5.2％cu，0.01～0.03mg，0.01～0.03si，0.02～0.04％zr，余量为al和不可避免的杂质，所有成分总的质量百分比为100％。

3.根据权利要求1中所述高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中球磨混合处理球磨介质为钢球，直径为20mm，球磨时间为1h。

4.根据权利要求1中所述高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中熔炼处理，温度为560～630℃，熔炼时间1h。

5.如权利要求1所述高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中浇铸前需要提前将模具预热到200℃。

6.如权利要求1所述高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中超声波处理的超声波频率在20khz～40khz，功率密度0.1～0.5w/cm2，处理时间5～10min，处理温度30～70℃。

7.如权利要求1所述高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于：步骤(3)中电脉冲处理的脉冲周期50～80ms，脉冲宽度10～30μs，脉冲频率1～10hz，脉冲占空比为30％，温度300～350℃，脉冲时间不少于30s。

8.如权利要求1所述高强高导铝锂铜合金的制备工艺，其特征在于：步骤(4)中超声波处理+电脉冲处理循环次数不少于3次，且超声波处理与电脉冲处理间隔时间不能高于3min，冷却介质为水。

9.如权利要求1所述高强高导铝锂铜合金的制备方法，其特征在于：步骤(5)中低温保温处理的保温时间100～150℃，保温时间30min。

技术总结
本发明公开了一种高强高导铝锂铜合金的制备工艺，属于高强高导铝合金制备技术领域。本发明所述的高强高导铝锂铜合金，按质量百分比包含1.6～2.2％Li，4.0～5.2％Cu，0.01～0.03Mg，0.01～0.03Si，0.02～0.04％Zr，余量为Al和不可避免的杂质元素。成品材料制备方法包括球磨混合、熔炼铸造、浇铸、均质化处理、电脉冲处理、超声波处理、循环处理、中低温保温处理工艺。本工艺通过增加Cu的含量，结合电脉冲+超声波循环处理获得理想的原子团簇进而改善了铝锂铜合金的强度和导电性能。其工件可用于汽车、电子、航空航天等领域，具有非常好的工业应用前景。

技术研发人员：师晓莉,贺惊宝,韦贺,王凌岳,李庆泓,曾新宇,李祖来
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24