一种Cr改性的耐热铝基合金复合材料及其制备方法

一种cr改性的耐热铝基合金复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种铝合金复合材料的制备方法，特别涉及一种cr改性的耐热铝基合金复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.耐热铝基合金复合材料是指以铝合金为基体，以其他高热稳陶瓷颗粒或金属间化合物为增强体，两者通过各种工艺复合而成的能长期有效承受高温载荷的铝基复合材料。它具有密度小、高温高比强度、良好的抗热疲劳性能和耐磨性、较低的热膨胀系数、良好的导热性，加工简便、价格低廉等性能特点，能部分取代笨重的钢铁材料及昂贵的钛合金，作为高性能轻量化耐热构件应用于汽车发动机、航空航天发动机、坦克装甲车发动机及船舶等领域。
3.目前，传统铸造耐热铝合金的高温强度、耐热疲劳性能等已经临近极限状态，不能满足新型高功率发动机高效率的发展要求，如大功率装甲车发动机。主要原因是铝合金中的强化相高温热稳定性不足，在高温下容易粗化或溶解失去强化作用。al-si系耐热铝合金的使用温度一般不超过230℃。在al-si系合金中加入mg，时效析出的mg2si相，虽然提高材料的室温强度，但由于mg2si相的热稳定温度约为180℃，所以铸造al-mg-si系合金耐热性低，其工作温度一般低于185℃。al-cu系或在al-si系合金中加入cu，经固溶-时效可析出θ'-al2cu相，其热稳定温度约为225℃，可提高材料的高温强度，但是由于强化相热稳定性的限制，al-cu或al-si-cu系铸造铝合金的总体高温强度水平不高，一般只能在225℃以下工作。然而，作为发动机燃烧室中关键部件之一的活塞，它需与350～400℃(甚至更高)的高温气体长时间接触并且承受25～300℃的热机械疲劳作用，因此，传统铸造耐热铝合金不能满足300～400℃高温条件下发动机部件的承温要求。发展高温高强度、高温抗蠕变性能更好的高性能耐热铝合金以适应新型高效率发动机的耐热要求，部分取代昂贵的钛合金是近20～30年来国内外在新型铝合金研究领域的重要课题。
4.al-cu合金因其高温力学性能在所有铸造铝合金基体中最为优异，是目前基体研究的热点，然而，al-cu合金也有密度较大、铸造性能差、抗热裂性差等问题有待改善。在铝基体中引入高强、高热稳定性、高体积分数、与铝基体结合良好的细小弥散强化相是提高耐热铝基合金复合材料高温力学性能的根本途径。常作为新型耐热合金的热稳强化相的有θ'-al2cu相，但在温度超过250℃时θ'-al2cu相常发生严重粗化，失去强化作用。为了提高θ'-al2cu相的高温热稳定性及其高温强化效果，通过添加一些微量合金化元素对θ'-al2cu相进行热稳定性改性成为近年来研究的热点，例如mn、v、ti、zr等已经进行了改性研究。但是cr元素对al-cu合金中的θ'-al2cu相的热稳定性改性尚未有研究报道。另外，al3zr相具有高熔点(1580℃)和高弹性模量(196gpa)，平衡四方晶体结构d0
23-al3zr与铝基体形成半共格界面，具有较低的界面能和较低的晶格错配度，被认为具有300～500℃的热稳定性。而添加氟锆酸钾通过原位反应在al-cu合金中引入d0
23-al3zr强化相，探讨氟锆酸钾对θ'-al2cu相的高温热稳定性的影响尚未有研究报道。总之，目前关于cr元素添加量、al3zr强化相含
量、热处理工艺对al-cu合金室温及高温力学性能的影响规律及机理尚不清楚，也没有相关的报道。


技术实现要素：

5.本发明针对上述技术问题，本发明提供了一种cr改性的耐热铝基合金复合材料及其制备方法，满足发动机部件对耐高温铝合金材料的使用需求。
6.为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
7.一种cr改性的耐热铝基合金复合材料，按质量百分比计，包括以下元素：cu 6～10％，mn 0.2～0.6％，v 0.2～0.6％，cr 0.4～0.8％，余量为al；优选地，按质量百分比计，各元素的含量为：cu 8％，mn 0.4％，v 0.4％，cr 0.6％，余量为al。
8.制备上述cr改性的耐热铝基合金复合材料的方法，包括以下步骤：
9.步骤s1，按上述元素配比称取原材料，其中，cu采用al-50cu中间合金，mn采用al-10mn中间合金，v采用al-10v中间合金，cr采用al-10cr中间合金，其余al采用纯铝块；
10.步骤s2，将纯铝块加热至熔化，进行扒渣；
11.步骤s3，保持温度为760～780℃，将al-10v中间合金、al-10mn中间合金和al-10cr中间合金加入至熔体的中下部，在熔体表面加入覆盖剂，静置保温8～12min，进行扒渣；
12.步骤s4，保持温度为750～760℃，将al-50cu中间合金加入至熔体的中下部，静置保温4～8min，进行扒渣；
13.步骤s5，保持温度为750～760℃，持续搅拌3～5min，然后将温度降至730～750℃，向熔体加入六氯乙烷进行除气，再将熔体温度控制到750℃，浇铸到到预热的模具中，凝固冷却后脱模；
14.步骤s6，将步骤s5得到的材料进行固溶处理，固溶温度为520～560℃，固溶时间为10～14h，然后将材料进行室温水淬，再将材料进行人工时效处理，人工时效温度为165～185℃，人工时效时间为7～9h，最后空冷，即得。
15.优选地，步骤s1中的纯铝块的纯度为99.9％。
16.优选地，步骤s3所述的覆盖剂为kcl和nacl的混合物，所述kcl和所述nacl的质量比为1:1。
17.优选地，步骤s5中，六氯乙烷的添加量为熔体总质量的1％，添加方法为将六氯乙烷分2次压入熔体内，2次的间隔为2min，每次压入后以150r/min的转速搅拌1min；模具预热温度为200℃。
18.优选地，步骤s6中的固溶温度为540℃，固溶时间为12h，室温水淬的水温为25℃，人工时效温度为175℃，人工时效时间为8h。
19.上述cr改性的耐热铝基合金复合材料通过以下几方面提升了其高温力学性能：
20.(1)cr的溶入增加了时效热处理后θ'-al2cu相的析出数量，并细化了θ'-al2cu相，使铝合金材料的高温力学性能得到一定的提升；另外，cr的加入通过在相界面的偏析作用，使界面能和晶格错配度降低，改善了θ'-al2cu相的热稳定性，更好的发挥其高温强化作用。cr的加入同时也促进al
20
cu2mn3相、al
20
cu3mn2相的形成，促进al
11
v相、al
12
(cr,mn)相的形成、长大与锐化；其中，al
20
cu2mn3相、al
20
cu3mn2相也起到一定的高温强化作用，al
12
(cr,mn)相具有高熔点及高温稳定性，辅助提高了铝合金的高温力学性能。
21.(2)在上述耐热铝基合金复合材料中主要含α-al基体、al2cu相、al
20
cu2mn3相、al
20
cu3mn2相、al
11
v相、al
12
(cr,mn)相；θ'-al2cu有较好的热稳定性，mn、v偏析于al/al2cu界面，抑制了al2cu在高温350℃下的粗化，提高了铝合金材料的高温力学性能；
22.(3)合金材料中还加入了v元素，加入后使所有强化相得到v的固溶强化，提高了强化相对基体的强化作用。
23.本发明还提供另一种cr改性的耐热铝基合金复合材料，在前述材料的基础上添加了al3zr，具体地，按质量百分比计，包括以下元素：cu 6～10％，mn 0.2～0.6％，v 0.2～0.6％，cr 0.4～0.8％，al3zr4～8％，余量为al；优选地，按质量百分比计，各元素的含量为：cu 8％，mn 0.4％，v 0.4％，cr 0.4％，al3zr6％，余量为al。
24.制备该cr改性的耐热铝基合金复合材料的方法，包括以下步骤：
25.步骤s1，按各元素配比称取原材料，其中，cu采用al-50cu中间合金，mn采用al-10mn中间合金，v采用al-10v中间合金，cr采用al-10cr中间合金，zr采用k2zrf，其余al采用纯铝块；
26.步骤s2，将纯铝块加热至熔化，进行扒渣；
27.步骤s3，保持温度为760～780℃，将al-10v中间合金、al-10mn中间合金和al-10cr中间合金加入至熔体的中下部，在熔体表面加入覆盖剂，静置保温8～12min，进行扒渣；
28.步骤s4，保持温度为750～760℃，将al-50cu中间合金加入至熔体的中下部，静置保温4～8min，进行扒渣；
29.步骤s5，保持温度为760～780℃，对熔体实施机械搅拌，搅拌的同时加入k2zrf6金属盐，继续搅拌4～5min后，静置1～3min，进行扒渣；
30.步骤s6，保持温度为750～760℃，持续搅拌3～5min，然后将温度降至730～750℃，向熔体加入六氯乙烷进行除气。再将熔体温度控制到750℃，浇铸到到预热的模具中，凝固冷却后脱模；
31.步骤s7，将步骤s6得到的材料进行固溶处理，固溶温度为520～560℃，固溶时间为10～14h，然后将材料进行室温水淬，再将材料进行人工时效处理，人工时效温度为165～185℃，人工时效时间为7～9h，最后空冷，即得。
32.优选地，步骤s1中的纯铝块的纯度为99.9％。
33.优选地，步骤s3所述的覆盖剂为kcl和nacl的混合物，所述kcl和所述nacl的质量比为1:1。
34.优选地，步骤s5所述k2zrf6金属盐为粉末状，加入k2zrf6金属盐的方法为：对熔体实施搅拌，搅拌的转速为600r/min，使液态金属产生旋涡，采用粉末喷雾器将粉末状的k2zrf6金属盐缓缓喷入搅拌产生的旋涡中使其卷入熔体内部。
35.优选地，步骤s6中，六氯乙烷的添加量为熔体总质量的1％，添加方法为将六氯乙烷分2次压入熔体内，2次的间隔为2min，每次压入后以150r/min的转速搅拌1min，模具预热温度为200℃。
36.优选地，步骤s7中的固溶温度为540℃，固溶时间为12h，室温水淬的水温为25℃，人工时效温度为175℃，人工时效时间为8h。
37.上述耐热铝基合金复合材料中的al3zr相是通过添加k2zrf6到al-8cu-0.4mn-0.4v-0.4cr合金熔体中进行原位反应产生的，反应的化学方程式为：3k2zrf6+13al
→
3al3zr
+4alf3+6kf，反应的副产物alf3和kf密度较轻浮于熔体上方，通过扒渣除去。
38.上述cr改性的耐热铝基合金复合材料在添加了cr的基础上，继续添加了al3zr，al3zr对复合材料的高温力学性能具有以下影响：
39.(1)铝基合金材料中主要含有α-al基体、al3zr相、al2cu相、al
85
mn
15
相、al
2.5
cu
0.5
zr相，使用原位反应引入的al3zr相尺寸细小，在基体中分布更均匀，力学性能更好；细小的al3zr能有效钉扎错位，也能促进θ'-al2cu相的析出和细化，提高了高温强化效果；
40.(2)在固溶热处理后，有部分al3zr相颗粒转变为al
2.5
cu
0.5
zr相，该相也是高强高硬相，具有比al3zr相更高的热稳定性，且该相呈椭圆形状，可减少界面应力集中，进一步提高了高温强化效果；
41.(3)对于本铝基合金复合材料而言，高温时基体的软化、al3zr相的引入、θ'-al2cu相的细化、mn、zr、v偏析于al/al2cu界面抑制了al2cu相粗化、al3zr相和al2cu相及al
2.5
cu
0.5
zr相起到协同强化作用，使高温力学性能得以进一步提升。
42.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
43.本发明提供的cr改性的耐热铝基合金复合材料都具有非常好的高温强化性能，与现有的耐热铝合金材料相比，在350℃的高温条件下具有更好的抗拉强度，非常适用于船舶、兵器、航空、航天、汽车等领域。制备该耐热铝基合金复合材料的工艺简单，制备工序时间短，工艺可靠，大大节省了生产成本，易于大规模工业化生产。
附图说明
44.图1为本发明的实施例1-5的耐热铝基合金复合材料的xrd图谱。
45.图2为本发明的实施例1-5的耐热铝基合金复合材料的sem分析图。
46.图3为本发明的实施例1-5的耐热铝基合金复合材料在室温下的拉伸学性能。
47.图4为本发明的实施例1-5的耐热铝基合金复合材料在高温下的拉伸学性能。
48.图5为本发明的实施例9-12的不同al3zr含量的耐热铝基合金复合材料的xrd图谱。
49.图6为本发明的实施例9-12的不同al3zr含量的耐热铝基合金复合材料的sem分析图。
50.图7为本发明的实施例4和实施例9-12的不同al3zr含量的耐热铝基合金复合材料在高温下的拉伸学性能。
51.图8为实施例1和实施例2的耐热铝合金在不同高温暴露时间下的显微组织照片。
具体实施方式
52.下面结合附图具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例中采用的原料、试剂若无特殊说明，皆为市售所得。
53.实施例1制备cr改性的耐热铝基合金复合材料
54.cr改性的耐热铝基合金复合材料中各元素按质量百分数分别为：cu 8％，mn 0.4％，v 0.4％，cr 0.6％，余量为al。
55.步骤s1，按上述元素配比称取原材料，其中，cu采用al-50cu中间合金，mn采用al-10mn中间合金，v采用al-10v中间合金，cr采用al-10cr中间合金，其余al采用纯铝块(纯度
为99.9％)；
56.步骤s2，将纯铝块加热至熔化，进行扒渣；
57.步骤s3，保持温度为770℃，将al-10v中间合金、al-10mn中间合金和al-10cr中间合金加入至熔体的中下部，在熔体表面加入覆盖剂，静置保温10min，进行扒渣；其中，覆盖剂为质量比为1:1的kcl和nacl混合物；
58.步骤s4，保持温度为755℃，将al-50cu中间合金加入至熔体的中下部，静置保温6min，进行扒渣；
59.步骤s5，保持温度为755℃，持续搅拌4min，然后将温度降至740℃，向熔体加入六氯乙烷进行除气，再将熔体温度控制到750℃，浇铸到到预热至200℃的模具中，凝固冷却后脱模；其中，六氯乙烷的添加量为熔体总质量的1％，添加方法为将六氯乙烷分2次压入熔体内，2次的间隔为2min，每次压入后以150r/min的转速搅拌1min；
60.步骤s6，将步骤s5得到的材料进行固溶处理，固溶温度为540℃，固溶时间为12h，然后将材料进行室温水淬，再将材料进行人工时效处理，人工时效温度为175℃，人工时效时间为8h，最后空冷，即得。
61.实施例2～实施例5制备cr改性的耐热铝基合金复合材料
62.制备耐热铝基合金复合材料，各步骤工艺与实施例1相同，原材料中的al、cu、mn、v含量与实施例1相同，cr的含量按照表1添加，得到不同cr添加量的耐热铝基合金复合材料。
63.表1实施例2-实施例5的cr含量
64.实施例耐热铝基合金复合材料中的cr含量(wt.％)实施例20实施例30.2实施例40.4实施例50.8
65.实施例6实施例1-5的耐热铝基合金复合材料的显微组织
66.1、采用x射线衍射仪，对实施例1-5制备的不同cr含量的耐热铝基合金复合材料进行xrd分析，得到xrd图谱如图1所示，从图1可以看出，材料中包括α-al基体、al2cu相、al
20
cu2mn3相、al
20
cu3mn2相、al
11
v相、al
12
(cr,mn)相这6种主要物相，
67.2、采用台式扫描电镜/能谱仪一体化设备，对实施例1-5制备的不同cr含量的耐热铝基合金复合材料进行sem分析，结果如图2所示；在图2中，(a)(b)实施例2；(c)(d)实施例3；(e)(f)实施例4；(g)(h)实施例1；(i)(j)实施例5；
68.由图2分析可知，随cr添加量的增加，α-al先略变大、后变小，再略长大，cr添加量为0.4％时最小，平均尺寸约50～60μm；片带状al2cu相表面花纹细腻、清晰，由尺寸约80μm逐渐断裂、破碎为30～40μm；其内部的深灰色块状al
11
v相变大，尺寸约20μm；浅灰色al
20
cu2mn3相出现，表面花纹细腻繁复，以球团状、小团块状分布于基体上，数量逐渐增加，尺寸逐渐增大为80μm以上；灰色块状al
20
cu2mn3相和深灰色块状al
11
v相尺寸20～60μm不等，几乎能覆盖不同尺寸的al2cu相；浅灰色al
12
(cr,mn)相的尺寸逐渐变为80μm以上，锐利程度加剧。这表明cr的添加能促使热处理态al-8cu-0.4mn-0.4v-xcr耐热铝合金中al2cu相的细化，同时促进al
20
cu2mn3相、al
20
cu3mn2相的形成，促进al
11
v相、al
12
(cr,mn)相的形成、长大与锐化。
69.实施例7实施例1-5的耐热铝基合金复合材料的拉伸力学性能
70.1、室温拉伸力学性能
71.图3是实施例1-5的耐热铝基合金复合材料在室温下的拉伸学性能，其中(a)是应力-应变曲线图，(b)是断后延伸率变化曲线；表2是实施例1-5的耐热铝基合金复合材料在室温下的拉伸力学性能实验数据；
72.室温25℃下，cr添加量为0wt.％时(实施例2)，耐热铝基合金复合材料的力学性能最佳，其抗拉强度为370.49mpa；
73.表2实施例1-5的耐热铝基合金复合材料的室温拉伸力学性能
[0074][0075]
2、高温拉伸力学性能
[0076]
图4是实施例1-5的耐热铝基合金复合材料在高温下的拉伸学性能，其中(a)是应力-应变曲线图，(b)是断后延伸率变化曲线；表3是实施例1-5的耐热铝基合金复合材料在高温下的拉伸力学性能实验数据。
[0077]
高温350℃下，cr添加量为0.6wt.％时(实施例1)，耐热铝基合金复合材料的力学性能最佳，其抗拉强度为144.26mpa；
[0078]
表3实施例1-5的耐热铝基合金复合材料的高温拉伸力学性能
[0079][0080]
虽然在高温350下，cr添加量为0.6wt.％时(实施例1)，耐热铝基合金复合材料的力学性能最佳，但结合其室温条件下的拉伸力学性能数据，考虑到cr的增加虽然可以提升高温力学性能，但同时会损害室温力学性能，因此采用cr含量为0.4wt.％的方案(实施例4)进一步进行添加al3zr的实验。
[0081]
实施例8实施例1和实施例2制备的耐热铝基合金复合材料的热暴露稳定性
[0082]
将实施例1和实施例2制备的耐热铝基合金复合材料在350℃高温下分别暴露0h、12h、24h、36h，得到的显微组织照片如图8所示。在图8中，左侧为实施例2的未添加cr的耐热铝合金，a1为0h，a2为12h，a3为24h，a4为36h，右侧为实施例1添加cr的耐热铝合金复合材料，a1为0h，a2为12h，a3为24h，a4为36h。
[0083]
从图8中可以看出，随着热暴露时间的增加，未添加cr的铝合金(实施例2)中的θ'-al2cu相明显粗化、粗化速度快，而添加了cr的铝合金复合材料(实施例1)中的θ'-al2cu相粗化速度较慢，这说明添加了cr以后提高了铝合金材料在350℃高温条件下的热稳定性，有利于该强化相在高温下的强化作用。
[0084]
实施例9制备含有al3zr的cr改性的耐热铝基合金复合材料
[0085]
含有al3zr的cr改性的耐热铝基合金复合材料中各元素按质量百分数分别为：cu 8％，mn 0.4％，v 0.4％，cr 0.4％，al3zr6％，余量为al。
[0086]
步骤s1，按各元素配比称取原材料，其中，cu采用al-50cu中间合金，mn采用al-10mn中间合金，v采用al-10v中间合金，cr采用al-10cr中间合金，zr采用k2zrf，其余al采用纯铝块(纯度为99.9％)；
[0087]
步骤s2，将纯铝块加热至熔化，进行扒渣；
[0088]
步骤s3，保持温度为770℃，将al-10v中间合金、al-10mn中间合金和al-10cr中间合金加入至熔体的中下部，在熔体表面加入覆盖剂，静置保温10min，进行扒渣；其中，覆盖剂为质量比为1:1的kcl和nacl混合物；
[0089]
步骤s4，保持温度为755℃，将al-50cu中间合金加入至熔体的中下部，静置保温6min，进行扒渣；
[0090]
步骤s5，保持温度为770℃，对熔体实施机械搅拌，搅拌的转速为600r/min，使液态金属产生旋涡，采用粉末喷雾器将粉末状的k2zrf6金属盐缓缓喷入搅拌产生的旋涡中使其卷入熔体内部，继续搅拌4.5min后，静置2min，进行扒渣；
[0091]
步骤s6，保持温度为755℃，持续搅拌4min，然后将温度降至740℃，向熔体加入六氯乙烷进行除气，再将熔体温度控制到750℃，浇铸到到预热至200℃的模具中，凝固冷却后脱模；其中，六氯乙烷的添加量为熔体总质量的1％，添加方法为将六氯乙烷分2次压入熔体内，2次的间隔为2min，每次压入后以150r/min的转速搅拌1min；
[0092]
步骤s7，将步骤s6得到的材料进行固溶处理，固溶温度为540℃，固溶时间为12h，然后将材料进行室温水淬，再将材料进行人工时效处理，人工时效温度为175℃，人工时效时间为8h，最后空冷，即得。
[0093]
实施例10-12制备含有al3zr的cr改性的耐热铝基合金复合材料
[0094]
制备含有al3zr的cr改性的耐热铝基合金复合材料，各步骤工艺与实施例8相同，原材料中的al、cu、mn、v、cr含量与实施例8相同，但al3zr的含量按照表4添加，得到不同al3zr添加量的耐热铝基合金复合材料。
[0095]
表4实施例10-实施例12的al3zr含量
[0096]
实施例耐热铝基合金复合材料中的al3zr含量(wt.％)实施例103实施例119实施例1212
[0097]
实施例13实施例9-12的耐热铝基合金复合材料的显微组织
[0098]
1、采用x射线衍射仪，对实施例9-12制备的不同al3zr含量的耐热铝基合金复合材料进行xrd分析，得到xrd图谱如图5所示，从图5可以看出，材料中包括α-al基体、al3zr相、al2cu相、al
2.5
cu
0.5
zr相、al
85
mn
15
相这5种主要物相，
[0099]
2、采用台式扫描电镜/能谱仪一体化设备，对实施例9-12制备的不同al3zr含量的耐热铝基合金复合材料进行sem分析，结果如图6所示；在图6中，(a)(b)实施例10；(c)(d)实施例9；(e)(f)实施例11；(g)(h)实施例12；
[0100]
由图6分析可知，随al3zr含量的增加，α-al尺寸逐渐缩小后保持不变，当al3zr含量为6wt.％时尺寸最小，平均约50μm，这是因为α-al与al3zr之间晶格错配度很低(10.87％)，α-al能在al3zr表面形核生长，并且基体所含的mn使扩散较慢的zr原子偏析到共格界面降低了界面能，从而抑制了α-al长大，可起到有效的强化作用；白色陆地状al2cu相，尺寸约5～100μm，数量迅速减少，细网消失；而棒状、小块状al2cu相逐渐出现，尺寸20～40μm；深灰色al
85
mn
15
相尺寸先变小后变大，当al3zr含量为12wt.％时尺寸最大，平均约20～60μm；数量少，呈块状覆盖于陆地状al2cu相表面，或分布于基体上；白色al3zr相、al
2.5
cu
0.5
zr相尺寸均保持在2～5μm，形状均保持为米粒状、碎块状、小短絮簇状，这证明了al3zr相、al
2.5
cu
0.5
zr相均具有较好的热稳定性，因为它们经热处理后形态、尺寸几乎不变；而数量逐渐变多，较均匀地分布于基体上，部分与深灰色al
85
mn
15
相交汇。这些观察结果表明al3zr含量增多能促进α-al的细化，促使al2cu相由陆地状向棒状、小块状转变，促进al
2.5
cu
0.5
zr相的形成与增殖，但促进al
85
mn
15
相的长大。
[0101]
实施例14实施例4和实施例9-12的耐热铝基合金复合材料的高温拉伸力学性能
[0102]
图7是实施例4和实施例9-12的耐热铝基合金复合材料在高温下的拉伸学性能，表5是实施例4和实施例9-12的耐热铝基合金复合材料在高温下的拉伸力学性能实验数据；
[0103]
高温350℃下，al3zr含量为6wt.％时(实施例8)，耐热铝基合金复合材料的力学性能较好，其抗拉强度为164.12mpa；
[0104]
表5实施例4和实施例9-12的耐热铝基合金复合材料的高温拉伸力学性能
[0105][0106]
实施例15
[0107]
将实施例1和实施例9的耐热铝基合金复合材料的高温抗拉强度与目前国内外报道的其他耐热铝合金进行对比，结果如表6所示：
[0108]
表6实施例1和实施例9的耐热铝基合金复合材料与国内外报道的其他耐热铝合金的高温抗拉强度对比
[0109][0110]
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cu
–
ni
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[0118]
从表6可以看出，本发明实施例1和实施例9的耐热铝基合金复合材料在350℃条件下的抗拉强度明显大于目前国内外报道的其他耐热铝合金材料。
[0119]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

技术特征：
1.一种cr改性的耐热铝基合金复合材料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下元素：cu 6～10％，mn 0.2～0.6％，v 0.2～0.6％，cr 0.4～0.8％，余量为al。2.按照权利要求1所述的耐热铝基合金复合材料，其特征在于，按质量百分比计，各元素的含量为：cu 8％，mn 0.4％，v 0.4％，cr 0.6％，余量为al。3.按照权利要求1所述的耐热铝基合金复合材料，其特征在于：按质量百分比计，所述耐热铝基合金复合材料还包括4～8％的al3zr。4.按照权利要求3所述的耐热铝基合金复合材料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下元素：cu 8％，mn 0.4％，v 0.4％，cr 0.4％，al3zr 6％，余量为al。5.制备权利要求1所述的耐热铝基合金复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，按各元素配比称取原材料，其中，cu采用al-50cu中间合金，mn采用al-10mn中间合金，v采用al-10v中间合金，cr采用al-10cr中间合金，其余al采用纯铝块；步骤s2，将纯铝块加热至熔化，进行扒渣；步骤s3，保持温度为760～780℃，将al-10v中间合金、al-10mn中间合金和al-10cr中间合金加入至熔体的中下部，在熔体表面加入覆盖剂，静置保温8～12min，进行扒渣；步骤s4，保持温度为750～760℃，将al-50cu中间合金加入至熔体的中下部，静置保温4～8min，进行扒渣；步骤s5，保持温度为750～760℃，持续搅拌3～5min，然后将温度降至730～750℃，向熔体加入六氯乙烷进行除气，再将熔体温度控制到750℃，浇铸到到预热的模具中，凝固冷却后脱模；步骤s6，将步骤s5得到的材料进行固溶处理，固溶温度为520～560℃，固溶时间为10～14h，然后将材料进行室温水淬，再将材料进行人工时效处理，人工时效温度为165～185℃，人工时效时间为7～9h，最后空冷，即得。6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤s3所述的覆盖剂为kcl和nacl的混合物，所述kcl和所述nacl的质量比为1:1；步骤s5中，六氯乙烷的添加量为熔体总质量的1％，添加方法为将六氯乙烷分2次压入熔体内，2次的间隔为2min，每次压入后以150r/min的转速搅拌1min；模具预热温度为200℃；步骤s6中的固溶温度为540℃，固溶时间为12h，室温水淬的水温为25℃，人工时效温度为175℃，人工时效时间为8h。7.制备权利要求3所述的耐热铝基合金复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，按各元素配比称取原材料，其中，cu采用al-50cu中间合金，mn采用al-10mn中间合金，v采用al-10v中间合金，cr采用al-10cr中间合金，zr采用k2zrf，其余al采用纯铝块；步骤s2，将纯铝块加热至熔化，进行扒渣；步骤s3，保持温度为760～780℃，将al-10v中间合金、al-10mn中间合金和al-10cr中间合金加入至熔体的中下部，在熔体表面加入覆盖剂，静置保温8～12min，进行扒渣；步骤s4，保持温度为750～760℃，将al-50cu中间合金加入至熔体的中下部，静置保温4～8min，进行扒渣；步骤s5，保持温度为760～780℃，对熔体实施机械搅拌，搅拌的同时加入k2zrf6金属盐，
继续搅拌4～5min后，静置1～3min，进行扒渣；步骤s6，保持温度为750～760℃，持续搅拌3～5min，然后将温度降至730～750℃，向熔体加入六氯乙烷进行除气。再将熔体温度控制到750℃，浇铸到到预热的模具中，凝固冷却后脱模；步骤s7，将步骤s6得到的材料进行固溶处理，固溶温度为520～560℃，固溶时间为10～14h，然后将材料进行室温水淬，再将材料进行人工时效处理，人工时效温度为165～185℃，人工时效时间为7～9h，最后空冷，即得。8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤s3所述的覆盖剂为kcl和nacl的混合物，所述kcl和所述nacl的质量比为1:1；步骤s5所述k2zrf6金属盐为粉末状，加入k2zrf6金属盐的方法为：对熔体实施搅拌，搅拌的转速为600r/min，使液态金属产生旋涡，采用粉末喷雾器将粉末状的k2zrf6金属盐缓缓喷入搅拌产生的旋涡中使其卷入熔体内部；步骤s6中，六氯乙烷的添加量为熔体总质量的1％，添加方法为将六氯乙烷分2次压入熔体内，2次的间隔为2min，每次压入后以150r/min的转速搅拌1min，模具预热温度为200℃；步骤s7中的固溶温度为540℃，固溶时间为12h，室温水淬的水温为25℃，人工时效温度为175℃，人工时效时间为8h。9.按照权利要求5或6所述的方法制备得到的耐热铝基合金复合材料。10.按照权利要求7或8所述的方法制备得到的耐热铝基合金复合材料。

技术总结
本发明公开了一种Cr改性的耐热铝基合金复合材料，各元素按质量百分数分别为：Cu6～10％，Mn0.2～0.6％，V0.2～0.6％，Cr0.4～0.8％，余量为Al，在优选方案中，还可添加4～8％的Al3Zr。本发明还公开了该材料的制备方法。本发明提供的耐热铝基合金复合材料具有非常好的高温力学性能，与现有的耐热铝合金材料相比，在350℃的高温条件下具有更高的抗拉强度，非常适用于汽车、兵器、航空、航天及船舶等领域耐热部件的要求。制备该铝基复合材料的工艺简单，制备工序时间短，工艺可靠，大大节省了生产成本，易于大规模工业化生产。易于大规模工业化生产。易于大规模工业化生产。


技术研发人员：潘利文 姚姮 马光灿 崔君阁 伏祥州 徐浩楠 何雨 阳淅
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/3/7