[发明专利]微纳米基体上生成枝晶组织的铝合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米铝合金制造技术，具体涉及一种组织为微纳米基体上自生枝晶组织的铝合金及制备方法。

背景技术

按照成型类别，铝合金一般分为变形铝合金、铸造铝合金、粉末冶金铝合金，其中，铸造铝合金占75～80％。按照主要合金元素的不同，铸造铝合金一般分为四类：Al-Zn系合金，有自然时效倾向、强度较高、密度大、耐蚀性差、热裂倾向大、生产时对环境污染较大，现在一般不用，如ZL401、ZL402等。Al-Mg系合金强度较高、延性韧性好、具有稳定的抗蚀性和良好的加工性能，但是裂纹倾向大、熔化工艺复杂、有自然时效倾向，一般为不可热处理强化的铝合金，如我国的ZL301等。Al-Cu系合金强度高，切削性能良好，在砂型铸造条件下，室温拉伸强度可达400-500MPa，是目前强度性能最高的铸造铝合金，如ZL201。Al-Si系合金占铸造铝合金的70％，具有良好的铸造性能、稳定的抗蚀性、中等的切削性能，中等的强度 (280-320MPa )、如我国的ZL107、ZL109、美国的319、英国的LM21。在铸造铝硅合金系列中，共晶和过共晶铝硅合金具有高强度、高耐磨性、低的热膨胀系数及优良的铸造性能，是制造发动机缸体衬套、活塞、空调压缩机等高性能耐磨部件的优质材料。

在常规铸造条件下，共晶和过共晶铝硅合金组织为块状初生Si+（α-Al+Si）共晶组织，块状初生Si的尺寸大约为25-100μm，使合金的韧性和机械加工性能降低。近年来，如何利用快速成型技术改变铝硅合金中硅相的形态和尺寸，提高铝硅合金的切削加工性、韧性及强度，已经成为研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有微纳米基体上自生枝晶组织的铝硅合金及其制备方法。该发明所制备的铝合金，微观组织中初生相为自生的树枝状α-Al，晶粒小于1μm；基体为微纳米晶，硅相呈微纳米级短杆状分布于基体中，枝晶主要生长方向上的长度小于500nm，衍射斑点呈晕环状。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：将重量百分比Si：12-25%、Ti：0.1-0.3%、Mg：0.5-1.0%、其余为Al的原材料按所需量进行计算、称重，在电阻炉中熔炼得到棒状铸态母合金，在单辊旋铸机上将母合金制备成微纳米基体上自生枝晶组织的条状铝硅合金。

一种微纳米基体上生成枝晶组织的铝合金的制备方法，由多晶硅、纯铝、铝钛合金、纯镁、富铈混合稀土和磷组成，各物料的重量百分比是：多晶硅12-25%、纯铝73.7-87.4％、铝钛合金0.1-0.3%、纯镁0.5-1.0%，富铈混合稀土和磷的加入量是多晶硅、纯铝和铝钛合金的总重量的0.5-0.7％和0.07-0.09％。

其制备方法如下：

一、熔炼，按重量将多晶硅12-25%、纯铝73.7-87.4％、铝钛合金0.1-0.3%，依序加入电阻炉的无铁坩埚中，温度600-750℃，加热熔化；

二、多晶硅、纯铝和铝钛合金熔化后，将无铁坩锅内的温度升至800℃，后按坩埚中物料的总重量加入富铈混合稀土0.5-0.7％和磷0.07-0.09％，进行变质处理；

三、变质处理后，进行吹氩除气，温度770-790℃；

四、用钟罩向坩埚中压入0.5-1.0%的纯镁，温度760-780℃，搅拌1－5分钟；

五、将温度降为750-770℃，静置5-10分钟，出埚浇注，浇注成直径20-40mm、长100-150mm的棒状铸态母合金；

六、将铸态母合金置于直径为30-50mm的石英管中，石英管底部的喷嘴设有开口，开口宽度2-2.5mm，长度与石英管直径相同；

七、在石英管中将铸态母合金感应加热至全部熔化，铸态母合金熔化后，以熔化温度点为准，再将温度提高50-100℃，进行过热温度处理；

八、旋铸，旋铸时石英管底部的喷嘴与辊轮的间隙为0.4-0.5mm，辊轮转速1600-1800r/min，吹入氩气，压力为0.3-0.5Mpa，旋铸后得到条状的具有微纳米基体上生成枝晶组织的铝合金。

一种微纳米基体上生成枝晶组织的铝合金的制备方法制得的产品，铝合金材料由多晶硅、纯铝、铝钛合金、纯镁、富铈混合稀土和磷组成，各物料的重量百分比是：多晶硅12.5%、纯铝 86.5％、铝钛合金0.2%、纯镁0.8%；富铈混合稀土和磷的加入量是多晶硅、纯铝和铝钛合金的总重量的0.6％和0.08％。

所述的铝合金，其形状为带状。