[发明专利]一种铝硅合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，尤其是涉及一种铝硅合金材料及其制备方法。

背景技术

过共晶铝硅合金具有密度低、导热性好、热膨胀系数小、耐磨、耐腐蚀、尺寸稳定性好等特点，是一种极有发展前途的铝合金材料。近年来在包括德国、日本、美国以及韩国的汽车发动机的应用得到快速发展，被广泛应用于汽车工业、航空航天、电子封装等产业中，并且由于其高导电率在电工材料领域方面具有巨大的应用前景。

虽然过共晶铝硅合金近年来发展非常迅速，但也面临着很多的瓶颈和技术难点。传统的铸造条件下，由于在析出初晶硅时会释放出大量的结晶潜热，过共晶铝硅合金具有良好的流动性。随着合金中硅含量的增加，线收缩率减小，但合金的结晶范围增大，缩松倾向增大，气密性降低，合金的铸造性能也随之下降。在常规铸造条件下获得的过共晶铝硅合金中往往存在粗大的块状初晶硅和长针状共晶硅组织，使Al基体的连续性被严重割裂。在初晶硅相的尖端或棱角处往往会引起应力集中，导致合金容易沿晶粒的边界处或者粗大的板片状初晶硅自身开裂形成裂纹，使合金变脆，恶化合金的机械性能，严重的限制了合金的应用范围。硅相的形态，尺寸及分布状况是影响过共晶铝硅合金性能的重要因素，如何制备Si相细小且分布均匀的合金组织是目前国内外关于过共晶Al-Si合金材料的研究热点之一。

因此，我们迫切需要新的工艺制备Si相细小且分布均匀的合金组织，从而获得具有高导电性能和良好机械性能的过共晶铝硅合金材料。

喷射成形是一种快速凝固技术，其特点是能够把金属的雾化过程与成型过程结合在一起，实现了大尺寸的快速凝固材料的一次成型，直接从液态金属中制取具有快速凝固组织、整体致密的高性能材料。与其它制备工艺相比，采用喷射成形技术制备的过共晶铝硅合金具有以下明显的优势：(1)由于喷射成形技术使合金熔体具有更高的冷却速度和更大的过冷度，合金熔体在凝固过程中可以萌生出更多的晶核，且由于晶核生长时间很短，合金的微观组织得到显著细化。(2)利用喷射成形技术可以显著提高合金元素固溶度这一特点，可以过共晶铝硅二元合金系为基础，加入其它合金元素有针对性地提高合金的性能，增加了材料的可设计性。加入硅元素则可以提高材料的耐磨性，降低材料的热膨胀系数和密度等，采用铸造方法制备过共晶铝硅合金的Si含量最高只能达到25％左右，而采用喷射成形技术则可以突破这个限制，相关性能大幅提高，目前已经可以制备Si含量高于50％用于电子封装行业的过共晶硅铝合金。

由于喷射成形工艺的特点，所制得的铝硅合金虽然硅相显著细化，但仍具有一定的孔隙率，且铝基体中硅的固溶度较高，这些都大大降低了合金的导电率。如果在熔炼合金时能添加适当的稀土元素，使得固溶在铝中的硅在晶界析出；再进行致密化热挤压处理以及塑性变形工艺时，能够制定适当的工艺参数，使得饱和固溶在铝中的硅在后续加工的过程中析出，以得到铝基体和细小的硅相两相均匀分布的近乎于完全致密化的材料，材料的导电率必将大大提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高导电和良好机械性能的铝硅合金材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种铝硅合金材料，该铝硅合金材料成分包含：15～20wt％的硅，0.2～0.5wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质；按元素组成表示为Al-(15～20)Si-(0.2～0.5)Re；其中Re表示混合稀土。所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La 32～33wt％、Ce 62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。

作为优选，该铝硅合金材料成分包含：20wt％的硅，0.35wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质。

作为优选，所述的混合稀土成分包含：La 32.6wt％、Ce 62.6wt％、O 1.6wt％、F 0.3wt％、Fe 0.54wt％、Al 0.39wt％、Mg 0.24wt％、P 0.17wt％、Cl 0.16wt％、Zn 0.12wt％及不可避免的杂质。

一种铝硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：