CN114752819A - 一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.2‑0.7％，Cu 0.002‑0.006％，Fe 0.1‑0.6％，Mn 0.1‑0.6％，Zr 0.05‑0.2％，V 0.05‑0.2％，TiB2颗粒0.8‑1.5％，余量为Al。本发明中，通过对铝合金组分的重新设计，获得晶内和晶界包含大量且分散均匀的纳米TiB2纳米陶瓷增强体，合金析出相细小。最重要的是，TiB2颗粒是从铝熔体中原位反应自生的，与铝基体结合良好，且其作为陶瓷相强度稳定性优异。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金领域，具体涉及一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法。
背景技术
随着经济和社会的发展，汽车已逐渐进入寻常百姓家，成为人们出行生活的必备工具。中国汽车工业协会统计显示，2016年中国品牌乘用车共销售1052.86万辆，同比增长20.50％。随着新能源汽车的推广，轻量化是未来的重要趋势，铝合金在汽车上的应用率越来越高，将达到30％以上。汽车关键部件生产的高效率、低成本和高性能已成为各大汽车厂商提升产品竞争力的核心。
乘用车铝合金转向节的铸造工艺按照成型方式分为重力铸造、低压铸造、差压铸造、铸锻。按照模具形态可分为砂型铸造和金属型铸造。目前，在中国和欧洲比较流行的铝合金转向节毛坯的制造工艺为重力金属型铸造、低压金属型铸造、差压金属型铸造、铸锻工艺。另外，配合铸造模具型腔抽真空，又衍生出真空铸造这一铸造方式，从高压铸造技术上衍生出来挤压铸造在转向节的制造工艺上也有少量应用。
如CN110144478A公开了一种铝基复合材料，特指一种高强韧原位纳米颗粒增强铝基复合材料的制备装置和方法。基于设计的螺旋循环搅拌复合与挤压一体化装置，首先将铝基体合金放入螺旋循环搅拌复合装置中加热至一定的温度并熔化后，放入原位反应物，借助螺旋循环搅拌的作用实现原位纳米复合，然后将原位复合熔体直接通入螺旋挤压装置，并在螺旋挤压装置中冷却至较低温度，利用螺旋挤压装置中螺杆运动产生的大变形剪切作用，实现原位合成的纳米颗粒增强铝基复合材料中纳米颗粒“团簇”的破碎和基体晶粒的细化，最后通过挤出端模具成形获得所需形状的高强韧原位纳米颗粒增强铝基复合材料型材。
CN107267817A公开了一种高强抗疲劳原位纳米强化铝合金及其压铸方法。通过原位纳米强化和合金成分调控，并结合优化的非线性高压压铸工艺获得压铸件。借助原位纳米ZrB2增强体和纳米Al3Er析出相的尺度效应、界面效应、异质形核效应，显著提高合金的强度、抗疲劳性能和阻尼性能；与此同时，提高了Mg、Zn和Fe元素含量，并引入Mn和Ni元素，在提高强化相含量、获得高强度的同时，使Al-Fe等有害的粗大析出相有效细化和圆顿化，并保障合金良好的压铸性能；从而，采用本发明合金及其压铸方法所生产的构件表现出高强塑性、高抗疲劳性、高阻尼性能以及良好的压铸性能的特点。
CN104878227A公开了一种高强铸造铝合金的制备方法，该铝合金包括如下组分：Al、Zn、Ni、Mg、Cu、Mn和Cr等，该合金通过如下步骤制得：合金配置与熔化；旋转喷吹处理；加入纳米陶瓷颗粒；超声处理；熔体浇铸；固溶处理；时效处理。与现有技术相比，优点在于：所制备的高强铸造铝合金具有均匀的微观组织、良好的强韧性匹配；采用纳米颗粒改性和功率超声处理，解决了铝合金铸造时凝固第二相粗大、分布不均的问题。
然而现有技术中的铝合金在利用时仍存在强度低，韧性差等问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法，通过对合金成分的调控，使其具有高强度，高韧性，同时也提高了铝合金的塑性、抗疲劳及阻尼性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.2-0.7％，Cu 0.002-0.006％，Fe 0.1-0.6％，Mn 0.1-0.6％，Zr 0.05-0.2％，V 0.05-0.2％，TiB2颗粒0.8-1.5％，余量为Al。
本发明中，通过对铝合金组分的重新设计，通过调整Si、Zr、V及TiB2的含量及获得晶内和晶界包含大量且分散均匀的纳米TiB2纳米陶瓷增强体，合金析出相细小。本发明中，Si颗粒提供了一定的高温强度；Cu和Mg能在铝合金中形成稳定且扩散速率低的第二相，在高温下能起到强化作用；Zr和V在形成具有热稳定性的第二相的同时，还能细化铝合金组织以起到强化作用。最重要的是，TiB2颗粒是从铝熔体中原位反应自生的，与铝基体结合良好，且其作为陶瓷相强度稳定性优异。
本发明中，所述铝合金中Si以质量百分含量计为0.2-0.7％，例如可以是0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％或0.7％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝合金中Cu以质量百分含量计为0.002-0.006％，例如可以是0.002％、0.003％、0.004％、0.005％或0.006％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝合金中Fe以质量百分含量计为0.1-0.6％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝合金中Mn以质量百分含量计为0.1-0.6％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝合金中Zr以质量百分含量计为0.005-0.2％，例如可以是0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.01％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％或0.2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝合金中V以质量百分含量计为0.005-0.2％，例如可以是0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.01％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％、0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％或0.2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝合金中TiB2颗粒以质量百分含量计为0.8-1.5％，例如可以是0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述TiB2颗粒的粒径为20-400nm，例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、300nm、310nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm或400nm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。此粒径的分布范围可充分发挥跨尺度粒径耦合增强效应。
TiB2颗粒尺度细小，均匀弥散的分布在合金基体上，显著提高合金构件的强塑性、抗疲劳和阻尼性能。
优选地，所述TiB2颗粒的截面形状为长方形或六边形。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述铝合金的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将铝锭熔化并升温，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体；
(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；
(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金。
本发明提供的制备方法，通过对合金组分设计，并采用特定的热处理工艺，使得所述铝合金具有具有高强塑性、高抗疲劳性、高阻尼性能的特点。
本发明中，浇注时模具可以预热到220℃进行，硅、镁、中间合金的添加量依据铝合金的组成进行添加。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述升温的终点温度为880-1000℃，例如可以是880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、990℃或1000℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:(0.8-1)，例如可以是1:0.8、1:0.81、1:0.82、1:0.83、1:0.84、1:0.85、1:0.86、1:0.87、1:0.88、1:0.89、1:0.9、1:0.91、1:0.92、1:0.93、1:0.94、1:0.95、1:0.96、1:0.97、1:0.98、1:0.99或1:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述中间合金包括Al-50％Cu合金、Al-20％Fe合金、Al-10％Mn合金、Al-10％Zr合金和Al-5％V合金。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述精炼剂包括氯盐和/或氟盐。
优选地，所述氯盐包括氯化锂和/或氯化镁。
优选地，所述氟盐包括氟化铝、氟化镁和/或氟铝酸钠；
优选地，所述精炼剂的添加量为溶体质量的0.5-3％，例如可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％或3％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第一热处理为依次在510-530℃下保温1-2h，在535-545℃下保温6-12h。
本发明中，所述第一热处理的先在温度为510-530℃保温，例如可以是510℃、515℃、520℃、525℃或530℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述第一热处理在510-530℃下保温1-2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述第一热处理的再在535-545℃下保温6-12h，例如可以是535℃、540℃或545℃等，时间为6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一热处理的升温速率≤100℃/h，例如可以是100℃/h、90℃/h、80℃/h、70℃/h、60℃/h或50℃/h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第二热处理为依次在100-120℃下保温1-3h，在150-175℃下保温4-12h，例如可以是100℃、110℃或120℃等，可以是1h、2h或3h等，可以是150℃、155℃、160℃、165℃、170℃或175℃等，可以是4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二热处理的升温速率≤100℃/h，例如可以是100℃/h、90℃/h、80℃/h、70℃/h、60℃/h或50℃/h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括：
(1)将铝锭熔化并升温，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体；所述氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:(0.8-1)；
(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；
(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金；
所述第一热处理为依次在510-530℃下保温1-2h，在535-545℃下保温6-12h，升温速率≤100℃/h；
所述第二热处理为依次在100-120℃下保温1-3h，在150-175℃下保温4-12h，升温速率≤100℃/h。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明中，通过对铝合金组分的重新设计，获得晶内和晶界包含大量且分散均匀的纳米TiB2纳米陶瓷增强体，合金析出相细小。TiB2颗粒是从铝熔体中原位反应自生的，与铝基体结合良好，且其作为陶瓷相强度稳定性优异。
(2)本发明中，通过合金组分和特定的热处理工艺使得所述铝合金具有具有高强塑性、高抗疲劳性、高阻尼性能的特点，所得铝合金的抗拉强度≥340MPa，屈服强度≥300MPa，延伸率≥10％。
附图说明
图1是本发明实施例1所得铝合金中二硼化钛的SEM照片；
图2是本发明实施例1所得铝合金的SEM照片；
图3是本发明实施例1中所得铝合金制备为零件后边缘的SEM照片；
图4是本发明实施例1中所得铝合金中各元素分布的能谱图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.5％，Cu 0.005％，Fe 0.15％，Mn 0.2％，Zr 0.1％，V 0.1％，TiB2颗粒1.5％，余量为Al
所述铝合金采用以下方法制备：
(1)将铝锭熔化并升温至920℃，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体，氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:0.9；
(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；中间合金为Al-50％Cu合金、Al-20％Fe合金、Al-10％Mn合金、Al-10％Zr合金和Al-5％V合金；精炼剂为氟铝酸钠，添加量为溶体质量的1.5％；
(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金；
所述第一热处理为依次在520℃下保温1.5h，在540℃下保温8.8h；
所述第一热处理的升温速率为100℃/h；
所述第二热处理为依次在110℃下保温2h，在165℃下保温8h；
所述第二热处理的升温速率为100℃/h。
所得铝合金的参数如表1所示，所得铝合金中二硼化钛的SEM照片如图1所示，铝合金的SEM照片如图2所示，铝合金制备为零件后边缘的SEM图如图3所示，铝合金中各元素分布的能谱图，如图4所示。
实施例2
本实施例提供一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.3％，Cu 0.004％，Fe 0.3％，Mn 0.4％，Zr 0.15％，V 0.15％，TiB2颗粒1％，余量为Al
所述铝合金采用以下方法制备：
(1)将铝锭熔化并升温至880℃，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体，氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:0.8；
(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；中间合金为Al-50％Cu合金、Al-20％Fe合金、Al-10％Mn合金、Al-10％Zr合金和Al-5％V合金；精炼剂为氯化镁，添加量为溶体质量的3％；
(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金；
所述第一热处理为依次在510℃下保温2h，在545℃下保温7h；
所述第一热处理的升温速率为70℃/h；
所述第二热处理为依次在120℃下保温1h，在175℃下保温11h；
所述第二热处理的升温速率为80℃/h。
所得铝合金的参数如表1所示。
实施例3
本实施例提供一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法，所述铝合金以质量百分比计包括：Si 0.6％，Cu 0.003％，Fe 0.3％，Mn 0.3％，Zr 0.2％，V 0.2％，TiB2颗粒1.2％，余量为Al
所述铝合金采用以下方法制备：
(1)将铝锭熔化并升温至1000℃，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体，氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:1；
(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；中间合金为Al-50％Cu合金、Al-20％Fe合金、Al-10％Mn合金、Al-10％Zr合金和Al-5％V合金；精炼剂为氟化铝，添加量为溶体质量的0.5％；
(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金；
所述第一热处理为依次在530℃下保温1h，在535℃下保温11h；
所述第一热处理的升温速率为80℃/h；
所述第二热处理为依次在100℃下保温3h，在150℃下保温4h；
所述第二热处理的升温速率为66℃/h。
所得铝合金的参数如表1所示。
对比例1
与实施例1的区别仅在于Si的含量为10％，所得铝合金的参数如表1所示。
对比例2
与实施例1的区别仅在于不添加V，所得铝合金的参数如表1所示。
对比例3
与实施例1的区别仅在于将V替换为等量的B，所得铝合金的参数如表1所示。
对比例4
与实施例1的区别仅在于第一热处理为在520℃下保温10.3h，即第一热处理在较低温度下直接进行一次处理，不分段处理，所得铝合金的参数如表1所示。
对比例5
与实施例1的区别仅在于第一热处理为在540℃下保温10.3h，即第一热处理在较高温度下直接进行一次处理，不分段处理，所得铝合金的参数如表1所示。
对比例6
与实施例1的区别仅在于第二热处理为在110℃下保温10h，即第二热处理在较低温度下直接进行一次处理，不分段处理，所得铝合金的参数如表1所示。
对比例7
与实施例1的区别仅在于第二热处理为在165℃下保温10h，即第二热处理在较高温度下直接进行一次处理，不分段处理，所得铝合金的参数如表1所示。
表1实施例和对比例中所得铝合金的参数
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明中，通过对铝合金组分的重新设计，获得晶内和晶界包含大量且分散均匀的纳米TiB2纳米陶瓷增强体，合金析出相细小。TiB2颗粒是从铝熔体中原位反应自生的，与铝基体结合良好，且其作为陶瓷相强度稳定性优异。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种纳米陶瓷颗粒增强铝合金，其特征在于，所述铝合金以质量百分比计包括：Si0.2-0.7％，Cu 0.002-0.006％，Fe 0.1-0.6％，Mn 0.1-0.6％，Zr 0.05-0.2％，V 0.05-0.2％，TiB2颗粒0.8-1.5％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述TiB2颗粒的粒径为20-400nm；
优选地，所述TiB2颗粒的截面形状为长方形或六边形。
3.如权利要求1或2所述铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将铝锭熔化并升温，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体；
(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；
(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述升温的终点温度为880-1000℃。
5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:(0.8-1)。
6.如权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述中间合金包括Al-50％Cu合金、Al-20％Fe合金、Al-10％Mn合金、Al-10％Zr合金和Al-5％V合金。
7.如权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述精炼剂包括氯盐和/或氟盐；
优选地，所述氯盐包括氯化锂和/或氯化镁；
优选地，所述氟盐包括氟化铝、氟化镁和/或氟铝酸钠；
优选地，所述精炼剂的添加量为溶体质量的0.5-3％。
8.如权利要求3-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理为依次在510-530℃下保温1-2h，在535-545℃下保温6-12h；
优选地，所述第一热处理的升温速率≤100℃/h。
9.如权利要求3-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理为依次在100-120℃下保温1-3h，在150-175℃下保温4-12h；
优选地，所述第二热处理的升温速率≤100℃/h。
10.如权利要求3-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将铝锭熔化并升温，之后加入氟硼酸钾和氟钛酸钾并搅拌同时通入惰性气体；所述氟硼酸钾和氟钛酸钾的质量比为1:(0.8-1)；
(2)加入硅、镁、中间合金及精炼剂进行精炼，之后经静置浇注，得到纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料；
(3)将步骤(3)得到的纳米陶瓷颗粒增强铝合金初料进行第一热处理和第二热处理，得到所述纳米陶瓷颗粒增强铝合金；
所述第一热处理为依次在510-530℃下保温1-2h，在535-545℃下保温6-12h，升温速率≤100℃/h；
所述第二热处理为依次在100-120℃下保温1-3h，在150-175℃下保温4-12h，升温速率≤100℃/h。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0531118A1 (en) * | 1991-09-05 | 1993-03-10 | Sky Aluminium Co., Ltd. | Rolled aluminium alloy strip for forming and method for making |
| CN1752248A (zh) * | 2005-09-29 | 2006-03-29 | 郑州大学 | 一种变形铝－锰系合金及其制备方法 |
| CN101358311A (zh) * | 2007-07-19 | 2009-02-04 | 古河Sky株式会社 | 高强度铝合金钎接板及其制造方法 |
| CN105886847A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-08-24 | 上海交通大学 | 一种耐高温纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法与应用 |
| CN111850351A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-30 | 吉林大学 | 一种制备高延伸率铸轧Al-Mn系铝合金板坯的方法 |
| CN113755726A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-07 | 上海交通大学 | 一种高模量高强韧性铝基复合材料及其制备方法 |
| CN114318092A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 大连理工大学 | 一种耐热陶瓷强化变形铝合金及其制备方法 |
-
2022
- 2022-04-19 CN CN202210410987.9A patent/CN114752819A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0531118A1 (en) * | 1991-09-05 | 1993-03-10 | Sky Aluminium Co., Ltd. | Rolled aluminium alloy strip for forming and method for making |
| CN1752248A (zh) * | 2005-09-29 | 2006-03-29 | 郑州大学 | 一种变形铝－锰系合金及其制备方法 |
| CN101358311A (zh) * | 2007-07-19 | 2009-02-04 | 古河Sky株式会社 | 高强度铝合金钎接板及其制造方法 |
| CN105886847A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-08-24 | 上海交通大学 | 一种耐高温纳米陶瓷颗粒增强铝合金及其制备方法与应用 |
| CN111850351A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-30 | 吉林大学 | 一种制备高延伸率铸轧Al-Mn系铝合金板坯的方法 |
| CN113755726A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-07 | 上海交通大学 | 一种高模量高强韧性铝基复合材料及其制备方法 |
| CN114318092A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 大连理工大学 | 一种耐热陶瓷强化变形铝合金及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 匡加才等: "原位合成(TiB_2+Fe_2B)/铁基复合材料的力学性能和耐磨性", 《润滑与密封》 * |
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