本发明属于铝合金，尤其涉及一种耐热高强韧铝合金材料及其制备方法。
背景技术：
1、铝合金由于具有轻质、高强、耐腐蚀、易加工的特性而广泛应用于航空航天及交通运输领域，其中可用于制备高温下服役的部件的称为耐热铝基材料，如活塞、缸套、箱体、导弹壳体、航空发动机气缸、叶片等，均需采用耐热铝基材料。航空、航天和汽车工业的迅速发展，对耐热铝基材料的耐热性能提出了越来越高的要求。高强韧铝合金是铝合金的一种，其强度通常可以达到传统铝合金的两倍以上，且其抗拉强度和屈服强度均超过200mpa，使其具备了很高的承载能力。高强韧铝合金还具有良好的韧性，即在受到外力破坏时不易发生断裂，而是容易发生塑性变形，这使得其具有更好的可加工性和使用性能。虽然高强韧铝合金具有广泛的应用前景，但是也存在缺点，如质量不稳定，高强韧铝合金的生产工艺比较复杂，同时其化学成分和微观组织也对其性能有着较大影响，因此质量的稳定性比传统铝合金低，这就要求各种成分在铝合金中能均匀、稳定地发挥作用，对各种成分的混合提出了更高的要求。另外的缺点是.成本较高，高强韧铝合金所需的原材料成本较高，同时其生产工艺也较为复杂，使得其成本比其他铝合金或钢材要高。这也限制了其在普通市场中的推广应用。在未来的加工和应用中，需要根据具体情况综合考虑其优缺点，并采取有效措施加强质量管控、改进生产工艺，以推广和发展这种新型材料。
2、铝合金材料的耐热性是指能在较高温度下使用而不软化。提高铝合金热强性的主要途径是固溶强化、过剩相强化和晶界强化等。为此，常加入mo,ni,cu,li,fe或稀土元素。稀土金属的加入使得铝合金在提高强度的同时提高了韧性和耐热性，但稀土元素非常昂贵，因此仍然需要优化各种元素的用量，并引入其他增强体。
3、常用的铝合金复合材料增强体有氧化铝、碳化硼、碳化硅和石墨烯等。碳纳米管自1991年发现以来，因其超高强度、模量和热导率等得到广泛关注，被认为是一种理想的增强体材料。碳纳米管属于一种纳米材料，在重量上面是比较轻的，而且具有一定的特殊结构，从外观上面来看是黑色的，并且没有任何的味道。这种材料具有非常好的传热效果，所以说可以作为热传递的材料，在复合材料当中掺杂一些微纳米管，那么会让复合材料的热导性得到很好的改善，耐热性提高。
4、碳纳米管本身具有自润滑性，在铝基体中的均匀分布有利于降低复合材料的磨损率和摩擦系数。但随着载荷的增加，由于碳纳米管与铝基体润湿性差而导致的界面结合弱的问题使得碳纳米管快速从铝合金中脱粘，使得润滑作用减弱，并且复合材料还出现了大量的次表层断裂和剥落现象。因此，碳纳米管在铝基体中的分散性和两者之间的界面结合状态是影响复合材料耐磨性的两大因素。
5、综上所述，目前急需开发一种铝合金材料既能充分发挥各种组分的功能，又能解决界面融合问题，从而使得铝合金能耐高温，同时具有高强度和高韧性。
技术实现思路
1、本发明针对上述现有技术存在的不足，通过大量实验，发现了一种耐热高强韧铝合金材料及其制备方法。该铝合金耐热性高，具有高强度、高韧性，扩大了铝合金材料的应用领域。
2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、提供了一种耐热高强韧铝合金材料，所述铝合金按质量百分比计的原料组分为：0.2～0.7wt％的fe，0.5～1.2wt％的cu，0.4～0.8wt％的si，0.1～0.3wt％的mn，0.5～1.5wt％的mg，0.2～0.4wt％的zn，0.1～0.3wt％的cr，0.2～0.3wt％的ti，1.5～3wt％的ni，0.5～1.0wt％的co，0.3～0.8wt％的mo，1.0～3.0wt％的稀土金属，0.5～2.0wt％的改性碳纳米管，余量为al；
4、其中除改性碳纳米管以外的金属粉末粒径为30～50μm；
5、稀土金属为sc、la、ce、y的一种或者多种。
6、作为进一步的方案，改性碳纳米管通过以下步骤制备：
7、(1)碳纳米管置于无水乙醇中，超声分散，得到悬浊液a；
8、(2)悬浊液a中加入硅溶胶，继续超声分散1～2h，随后100℃水浴加热下以60～100rpm的机械搅拌速率搅拌至均匀，得到悬浊液b；
9、(3)悬浮液b放置16～24h，去除上层液体，常温下阴干3～4天，然后按照50℃/5h、75℃/10h、100℃/5h、120℃/5h的步骤进行分阶段烘干，按照200℃/30min、400℃/30min、800℃/180min步骤进行分阶段真空烧结，烧结升温速率均为5℃/min，烧结后随炉冷却，得到改性碳纳米管。
10、优选地，碳纳米管的直径为10～20nm，长度为1～2μm。
11、优选地，硅溶胶的直径为8～20nm，sio2含量为20～30％。
12、优选地，碳纳米管与硅溶胶的质量比为1:4～6。
13、本发明还提供了一种耐热高强韧铝合金材料的制备方法，其具体步骤如下：
14、(1)按照铝合金原料配比称取除改性碳纳米管以外的各组分原料，混合得到合金粉末；
15、(2)将合金粉末放入振动球磨机中，球料比1:1，在60hz下振动球磨1～3h，得到混合合金；
16、(3)将混合合金、按比例称取的改性碳纳米管、硬脂酸放入行星球磨机中，球料比5:1，以200rpm的转速球磨4～8h，得到混合粉末；硬脂酸与改性碳纳米管的质量比为0.5:1；
17、(4)混合粉末放入石墨模具中，并以600℃的温度和30mpa的压力在5pa的真空中烧结30min，得到耐热高强韧铝合金材料。
18、作为进一步的方案，改性碳纳米管通过以下步骤制备：
19、(1)碳纳米管置于无水乙醇中，超声分散，得到悬浊液a；
20、(2)悬浊液a中加入硅溶胶，继续超声分散1～2h，随后100℃水浴加热下以60～100rpm的机械搅拌速率搅拌至均匀，得到悬浊液b；
21、(3)悬浮液b放置16～24h，去除上层液体，常温下阴干3～4天，然后按照50℃/5h、75℃/10h、100℃/5h、120℃/5h的步骤进行分阶段烘干，按照200℃/30min、400℃/30min、800℃/180min步骤进行分阶段真空烧结，烧结升温速率均为5℃/min，烧结后随炉冷却，得到改性碳纳米管。
22、优选地，碳纳米管的直径为10～20nm，长度为1～2μm。
23、优选地，硅溶胶的直径为8～20nm，sio2含量为20～30％。
24、优选地，碳纳米管与硅溶胶的质量比为1:4～6。
25、本发明的有益效果在于：经过大量实验研究，本发明优选了铝合金材料中的合金元素，并优化了这些合金元素的含量，同时为多相原料的混合设计了特殊的混合方式，目的是提供一种高强韧的铝合金材料，并且具有优良的耐热性能。具体来说，本发明的一个进步是在铝合金材料中适当增加了fe、mg、co、mo、ni以及稀土金属的用量，这些元素有利于铝合金材料的强度和耐热性，同时特别加入了改性碳纳米管，进一步提高了铝合金材料的强度和耐热性。本发明的另一个进步是对碳纳米管进行了改性，采用硅溶胶包裹碳纳米管，通过控制混合和烧结过程，提高了碳纳米管和硅溶胶中的二氧化硅相互融合，在后续与金属粉末混合时，能更好、更均匀地发挥碳纳米管的作用。本发明的另一个进步是在铝合金材料的制备中，采用了金属粉末预先混合的方式，即在球磨机中用低球料比和振动方式进行混合，使得金属粉末混合均匀但结合松散，然后在于改性碳纳米管进行混合时，采用高球料比和较高的转速进行混合，更好地融合改性碳纳米管和金属粉末之间的两相界面。本发明这样的混合方式，使得碳纳米管在后续的烧结和材料的使用中，能保持与金属元素的结合，从而保持铝合金材料的性能。
1.一种耐热高强韧铝合金材料，其特征在于，所述铝合金按质量百分比计的原料组分为：
2.根据权利要求1所述一种耐热高强韧铝合金材料，其特征在于，改性碳纳米管通过以下步骤制备：
3.根据权利要求2所述一种耐热高强韧铝合金材料，其特征在于，碳纳米管的直径为10～20nm，长度为1～2μm。
4.根据权利要求2所述一种耐热高强韧铝合金材料，其特征在于，硅溶胶的直径为8～20nm，sio2含量为20～30％。
5.根据权利要求2所述一种耐热高强韧铝合金材料，其特征在于，碳纳米管与硅溶胶的质量比为1:4～6。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，改性碳纳米管通过以下步骤制备：
8.根据权利要求7所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，碳纳米管的直径为10～20nm，长度为1～2μm。
9.根据权利要求7所述的合金材料的制备方法，其特征在于，硅溶胶的直径为8～20nm，sio2含量为20～30％。
10.根据权利要求7所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，碳纳米管与硅溶胶的质量比为1:4～6。
