[发明专利]一种提高铝合金热稳定性的复合细化‑变质剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明属于轻合金材料设计及制造领域，具体为一种具有高热稳定性A356.2铝合金的制备方法及其使用的复合细化-变质剂。

背景技术:

随着不可再生能源的日益枯竭和人们环保意识的不断提高，针对汽车节能减排控制技术的研究引起了人们越来越多的关注。因为目前绝大多数汽车都以石油为原料的不可再生能源为燃料，并且随着汽车保有量和尾气排放量的不断增加，如何提高汽车的节能减排效率引起了人们的日益关注。研究表明提高汽车的节能减排效率最有效的方法就是利用轻质高强度材料降低汽车自重。

A356.2铝合金是汽车工业中最常用的轻合金材料，应用范围主要包括发动机部件、行走系统部件、汽车车身、轮毂及热交换器等。一般采用Al-Ti-B和Al-Sr中间合金分别对A356.2合金中粗大的初生α-Al和尖角状共晶硅进行细化和变质，并且结合热处理工艺进一步优化合金的组织，提高其综合使用性能。已有的研究表明在现有的制备工艺条件下A356.2铝合金的工作温度一般要求低于185℃，在更高的工作温度下Mg₂Si相将发生粗化或溶解导致合金力学性能急剧降低。目前，随着汽车行业的发展，汽车发动机的功率逐渐增加，加上发动机缸体和缸盖的结构相对复杂，其在一定时间范围内的使用温度可达200℃～300℃。经已有的细化剂和变质剂处理的A356.2铝合金由于在此温度范围内的热稳定性较差而不能满足使用要求。另，截至目前仍未见关于提高A356.2铝合金热稳定性的复合细化-变质剂的报道。为了适应汽车工业的发展，进一步发挥A356.2铝合金的性能优势并扩大其应用范围，迫切需要一种能够提高铝合金热稳定性同时能够对合金进行细化和变质的复合细化-变质剂，使A356.2铝合金铸件在高温使用过程中依然能够保持良好的使用效果。

发明内容

本发明的目的是针对当前A356.2铝合金性能的不足，提供一种具有高热稳定性A356.2铝合金的制备方法及其使用的复合细化-变质剂。该复合细化-变质剂的组成为Al-Sr-La-Sc，在制备中，以Al-Sr、Al-La、Al-Sc中间合金为原料，大大降低了复合细化-变质剂的制备成本。进而，在A356.2铝合金制备过程中，通过Sr和La元素，可以保持对A356.2铝合金细化和变质，并通过Sc加入，在加强细化变质效果的同时，进一步提高合金的热稳定性，提高了合金的使用温度。此发明可以保证细化变质处理后的A356.2铝合金在不同使用温度条件下保持良好的微观形貌和力学性能。同时，通过调整Sc元素的含量可以在进一步细化A356.2铝合金的同时提高合金的热稳定性。

本发明的技术方案为：

一种提高铝合金热稳定性的复合细化-变质剂，该复合细化-变质剂的组成为Al-Sr-La-Sc合金，其质量百分组成为：Sr 0.48％-6％，La 0.56％-7％，Sc 0.05％-1.8％，其余为Al。

所述的提高铝合金热稳定性的复合细化-变质剂，其组成元素的质量百分比中，优选为Sr 0.48％-6％，La 0.56％-7％，Sc 0.05％-1.8％，其余为Al，且Sr与La的质量比为6:7。

所述的提高铝合金热稳定性的复合细化-变质剂的制备方法，包括如下步骤：

首先，进行预处理，依据目标合金中各组分元素的质量百分比将Al-Sr、Al-La、Al-Sc中间合金锭以及纯铝锭切割后，进行打磨、抛光以除去表面的氧化皮，然后用丙酮在超声波震荡器中清洗，之后进行烘干、称量。

其次，在SG-5-10井式坩埚电阻炉中进行熔炼：将纯铝块置于石墨坩埚内，并置于730-750℃下的电阻炉中；待纯Al完全熔化后去除其表面氧化皮，之后加入Al-Sc中间合金；待Al-Sc中间合金完全熔化后去除其表面氧化皮，之后加入Al-Sr中间合金；保温20-40min后，加入Al-La中间合金；待中间合金完全熔化后，用石墨搅拌棒机械搅拌5-10min；将炉温降至710-730℃，静置5-10min，去除表面浮渣后，向金属液中通入高纯氩气2-3min进行精炼；静置3-5min后，去除表面浮渣，并将金属液浇入模具中，获得所需要的Al-Sr-La-Sc复合细化-变质剂。

需要注意的是，从开始放入Al-Sc中间合金到完成整个浇注过程，持续向电阻炉中通入高纯氩气作为保护气体以防止材料氧化烧损。

所述的Al-Sr优选为Al-10Sr合金；Al-La优选为Al-20La合金；Al-Sc合金优选为Al-1.95Sc。

所述的提高铝合金热稳定性的复合细化-变质剂的应用方法，包括以下步骤：