[发明专利]一种制备喷射成形过共晶铝硅合金方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种利用喷射成形技术改善过共晶铝硅合金耐磨性的新方法，适用于材料制备技术领域。

背景技术

过共晶铝硅合金因其具有低的热膨胀系数和良好的耐磨性在机械工业、汽车工业和电子工业中得到了广泛的应用。然而，采用普通铸造工艺生产过共晶铝硅合金时，缓慢的冷却速度导致合金中形成了粗大的板块状硅相，这些板状初晶硅相是由一些极薄的板状晶重叠而成，板块之间结合力很低，在磨损时一般在板块中间断裂，严重地恶化了合金的磨损性能。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用喷射成形技术制备过共晶铝硅合金的方法，实现合金组织和耐磨性能的改善，避免了利用普通铸造技术制备过共晶铝硅合金时板块状初晶硅相的出现。

为了实现上述目，本发明采取下述技术方案：

一种制备喷射成形过共晶铝硅合金方法，采用喷射成形方法制备过共晶Al-(16～45％)Si-X合金时，其中，该合金的成分和含量为Si 16～45wt％、X 0～5wt％、其余为Al，X为Cu和/或Mg，将该合金预制锭熔化后流经中间包、导流管，通过气流雾化喷嘴喷射出的雾化气体对导流管流出的合金熔体进行喷射成形，并沉积到接收装置的接收盘上，喷射成形的工艺参数为：雾化气体为氮气；雾化压力为0.6～0.8MPa，合金熔体温度为1073K～1173K，中间包、导流管的温度均为1073K～1173K，导流管的出口到接收盘的沉积距离为400mm～500mm，在接收盘得到圆锭，采用车削工艺，车削圆锭的外圆和端面，通过热挤压变形加工，再进行热处理，即得到高耐磨性喷射成形过共晶铝硅合金。

一种高耐磨性喷射成形过共晶铝硅合金，所述的过共晶铝硅合金为Al-(16～45％)Si-X合金，其中，该合金的成分和含量为Si 16～45wt％、X 0～5wt％、其余为Al，X为Cu和/或Mg，并采用喷射成形方法制成。

本发明是采用喷射成形技术制备过共晶Al-(16～45％)Si-X合金，快速凝固方法可以有效地改变过共晶铝硅合金中初晶硅的形态和尺寸，显著改善了合金的磨损性能。喷射沉积是一种新型的快速凝固方法，它是将金属液流雾化成液态微滴，在高速惰性气体的作用下，液滴迅速冷却，随后沉积在接收基板上，形成了一定形状的沉积坯件。对铝硅合金而言，当其硅含量低于16wt％时，利用喷射成形方法制备合金时，形成的颗粒状硅相数量不足，对合金的耐磨性影响不大；当其硅含量大于45wt％时，合金的塑韧性大幅度降低，材料在工程中失去应用价值，因此，硅含量为16～45wt％。

喷射成形过共晶铝硅合金具有良好的耐磨性主要是由于在合金组织中形成了颗粒状的初晶硅相，与铸态组织中的板块状初晶硅相比，这些颗粒状的硅相尺寸较小，它们均匀分布在基体组织中，形成了硬质点分布于软基体中的理想的耐磨体系。利用普通铸造法生产的过共晶铝硅合金，粗大的硅相本身强度很低，且内部存在着裂纹，硅相尖角与基体结合处形成了严重的应力集中，磨损过程中在剪切应力的作用下，容易折断的硅相从合金基体上脱落，导致合金的耐磨性下降；喷射沉积过共晶铝硅合金组织中存在着大量的颗粒状硅相，硅相颗粒与基体之间形成了光滑的边缘，与基体之间的结合十分紧密，硅相尖角的消失有效地降低了应力集中的程度，在剪应力的作用下初晶硅相的断裂和剥落倾向减弱，合金的耐磨性得以提高。

在2003年3月14日北京有色金属研究总院申请名为“一种超高强度高韧性铝合金材料及其制备方法”专利申请并授予专利权(专利号为03119605.5)。在该专利中，详细记载了关于喷射成形方法和所使用的设备的问题。喷射成形方法为：(1)按合金成分，配制预制合金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以1～5Hz的频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0.5～1.0MPa；(3)在气雾化的同时，将雾化液沉积在接收装置上，即得到所需的铝合金材料。喷射成形设备采用非真空喷射成形设备，该非真空喷射成形设备包括有：感应加热熔炉、感应加热或电阻加热的中间包、导流管、气流雾化喷嘴，接收罐体，在接收罐体中安装接收装置。因此，喷射成形技术是一个很成熟的技术。