[发明专利]近共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于半固态金属制备技术领域，特别涉及一种初生相球化的近共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法及其制得的产品。

背景技术

进入新世纪，随着社会文明的进步、工业技术的发展，在环保节能、减重减排的要求下，交通、航空、航天等工业为实现高效、节能、环保的目标，材料轻量化是必然的发展方向。以日本标准牌号ADC12铝合金、AC8A铝合金、美国标准牌号A413铝合金、欧洲牌号EN44200铝合金等为代表的近共晶铝硅合金(含硅量为10.5～13wt.％)具有低密度、高比强度、铸造性能优秀、耐腐蚀等优点，被广泛应用于汽车产业，是工业应用最广泛的铝合金之一。这类合金Si含量靠近Al-Si二元共晶点，凝固区间狭窄，往往需要在高过热度下铸造成形，容易造成卷气、夹杂等缺陷，从而降低合金的力学性能和延伸率，限制了该类合金的进一步应用。

金属半固态流变成形技术与传统液态成形(高压铸造、挤压铸造、低压铸造等)相比，具有合金力学性能高、模具寿命长、能耗低、可热处理、近净成形等优点，被誉为21世纪最具前途的金属材料加工技术之一。流变成形技术对合金力学性能的强化主要原因在于破碎树枝状的初生相并使其转变为圆整的颗粒状组织。获得圆整初生相的最佳方法是将固态合金加热到固液两相温度区间进行长时间的保温，但近共晶铝硅合金由于固液区间狭窄，难以进行准确的保温加热，更难以进行流变处理，因此关于该类合金半固态流变加工的专利非常有限。

专利号为CN103381471B的中国专利公开了一种近共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法，该方法通过机械旋转滚筒法成功制备出树枝状初生相破碎的半固态流变浆料和坯料，但并未获得圆整度较高、分布均匀的初生相，不能最大限度发挥半固态流变加工的优势，所制备得到的流变浆料和坯料在后续成形难以获得最大的性能提升。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种初生相圆整度高、分布均匀的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法和产品。

发明内容

针对现有工业技术、专利、科研论文中对高圆整度初生相近共晶铝硅合金流变浆料、坯料制备技术的不足，本发明专利吸收传统半固态流变制浆技术和等温保温工艺的优点，创造性的提出一种半固态浆料或坯料的制备方法，适用于制备硅含量10.5～13wt.％的硅铝合金，该方法包括以下步骤：

熔化合金母料，得到合金液；

对所述合金液进行流变处理，制备初生相破碎的半固态流变浆料；

对所述初生相破碎的半固态流变浆料进行等温保温处理。

进一步地，所述等温保温处理的温度为相对该合金组分下合金液相线温度-30～+15℃。

进一步地，所述等温保温处理的保温时间为2～300秒。

进一步地，在所述将合金母料熔化过程前，在270～280℃对所述合金母料进行3～5小时预热。

进一步地，在所述合金母料熔化为合金液之后，对所述合金液在640～650℃下进行搅拌。

进一步地，在所述将合金母料熔化过程后，对所述合金液进行除气和/或精炼处理。

更进一步地，所述除气和/或精炼过程在630～640℃下进行。

更进一步地，在所述除气和/或精炼过程完成10-20分钟后，进行扒渣和搅拌。

进一步地，采用机械搅拌或超声震荡等任何一种半固态流变浆料制备方法进行所述流变处理。

进一步地，完成所述等温保温处理后，将处理后的所述半固态流变浆料注入铸模，凝固后得到半固态坯料。

本发明还提供了一种由上述任一方法制备的近共晶铝硅合金流变浆料或坯料，使用上述方法经破碎和熟化过程制备的浆料或坯料具有初生相圆整度高的特点，具有良好的加工性能，可以通过高压铸造、挤压铸造等成型工艺制备出高强度、高表面质量的铸件。

技术效果

初生相球化的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法，一方面通过等温静置作用使流变浆料中的初生相颗粒从制浆初期的偏聚状态转变为均匀分布；另一方面在液相线附近进行保温能发挥奥斯瓦尔德熟化的作用，使初生相颗粒变得圆整，最大程度提高合金力学性能。

本方法克服近共晶铝硅合金固液温度区间狭窄难以进行流变处理的缺点，制备的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料初生相圆整度高，制浆效率高，可连续性生产；浆料通过高压铸造、挤压铸造等成型工艺能制备出高强度、高表面质量的铸件，是该系列合金半固态流变加工的理想方法，具有巨大的应用价值。