[发明专利]一种制备变形铝合金半固态浆料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半固态铝合金浆料制备技术领域，特别提供了一种不经搅拌直接制备高强变形铝合金半固态浆料的方法。该方法不仅适用于难度较大的变形铝合金半固态浆料的制备，还可用于铸造铝合金，镁合金和其它合金体系半固态浆料的制备。

背景技术

通常，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。铸造铝合金是以铸造方法（液态金属直接浇注）生产的铝合金铸件。变形铝合金是以压力加工方法生产的铝合金加工产品，包括板，带，箔，管，棒，以及其它各种异型材。目前流变成形研究的铝合金主要集中在铸造铝合金A356、A357等上。虽然这类合金浆料的制备较易，但成形后材料的力学性能较差。

将高性能变形铝合金从液态直接近净成形为零件，一直是材料工作者追求的目标。由于变形铝合金结晶范围宽、析出相与基体之间比重差异大，因此用传统工艺生产这类合金时易导致组织粗大、热裂倾向严重和明显的宏观偏析。近年来，国内外材料工作者开展了流变成形高性能变形铝合金的制备-组织-性能的研究工作。研究中遇到的主要问题是：（1）变形铝合金的固液两相区通常较宽（例如，7075变形铝合金的固相线温度为477℃, 固相线温度为635℃，固液相线温度差为158℃），当工艺参数（如浆料温度、比压、模具预热温度等）控制不当时，易产生一些组织缺陷（如存在异常长大的蔷薇形组织、冷夹层等）和表面缺陷（如部件外表面的冷隔等），大大降低材料的性能；（2）目前多数的制浆工艺是依赖外场作用（机械搅拌、电磁搅拌等）使枝晶破碎，这种工艺能耗较高，设备投入较大，质量难以控制（由于合金固液相线温度差大，枝晶发达，搅拌难度很大），半固态流变成形较为困难。例如，申请号为200910099955.6的中国专利申请文件介绍了使用一种弯道自搅拌制备半固态浆料的方法。由于弯道弯曲坡度较大，容易出现结壳和堵塞弯管的现象，实际应用比较困难。又如，EP0745691A1专利文件介绍了一种非机械或非电磁搅拌的低过热度倾斜板浇注制备半固态浆料的方法。由于浆料只能获得低强度的紊流（低剪切速率），多用于铸造铝合金半固态浆料的制备。为了实现稳定的半固态浆料的生产，浆料组织形成机制应由枝晶破碎向促使球形组织直接生长的机制转变。

众所周知，快速获得理想的非枝晶半固态浆料是解决流变成形的技术关键，半固态浆料的诸多特性均与其球形或近球形的晶粒组织有关。球形或近球形晶粒的获得主要来自：树枝晶破碎球化技术和控制形核抑制树枝晶生长技术。前者的核心是通过搅拌使凝固生成的树枝晶破碎。这种工艺能耗较高，较易引起合金液的飞溅和氧化。后者的核心是在合金熔体中形成大量的晶核，从合金熔体中直接获得球形或近球形的初生固相。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种不经搅拌直接制备高强变形铝合金半固态浆料的方法。这是一种短流程，易控制，低成本制备半固态变形铝合金浆料的方法。

一种制备变形铝合金半固态浆料的方法，其特征是将熔铸-原位合成陶瓷颗粒制备技术和近液相线浇注技术相结合，在变形铝合金熔体中原位合成一定量的亚微米级TiB₂颗粒，作为异质形核核心，显著促进变形铝合金初生相的形核。再利用近液相线浇注技术控制球状晶的长大，最终制备出高性能的变形铝合金。制备步骤如下：

1、选择铝合金体系，配制混合盐：按原子计量比Ti：B=1：2.2配比K₂TiF₆（纯度高于97wt%）和KBF₄（纯度高于97wt%）混合盐。混匀并经300℃烘干。

2、熔炼铝合金：将选定的铝合金熔化并加热至800-850℃保温5-15分钟使其均匀化。

3、熔铸-原位合成TiB₂颗粒：当铝合金熔体温度为800-850℃时迅速加入上述一定量K₂TiF₆和KBF₄混合盐（理论生成TiB₂质量占合金总质量的3%~6%）。用石墨搅拌器充分搅拌5-15分钟后再保温15分钟。

4、扒渣、精炼和除气：将步骤3所述复合材料熔体降温至720℃，扒除表面残渣，进行常规的铝合金精炼除气。

5、低温浇注：将步骤4所述复合材料熔体降到液相线以下5℃~10℃，保温5~30分钟后直接水淬或经压铸、挤压成形。