[发明专利]大块匀质Al-Bi难混溶合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种大块匀质Al‑Bi难混溶合金及其制备方法，所述制备方法中，首先使金属铝和金属铋充分熔化，使两液相充分熔融为均匀的单一液相，然后加入稀土添加剂，使稀土添加剂充分熔化并均匀分布，最后将加入稀土添加剂后的熔体浇注到模具中冷却成型，得到大块匀质Al‑Bi难混溶合金。本发明采用稀土金属、混合稀土金属或者稀土中间合金作为添加剂，对Al‑Bi难混溶合金进行均化和细化处理，由于稀土金属一般极易在空气中氧化甚至自燃，将其制备成稀土中间合金可以长期存储，方便运输，提高运输和存储过程中的安全性，降低在防止稀土金属氧化方面的成本。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，尤其涉及一种大块匀质Al-Bi难混溶合金及其制备方法。

背景技术

难混溶合金又称偏晶合金，其作为结构材料和功能材料有着比较重要而广泛的应用，例如Al-Bi、Al-Pb、Cu-Sn-Pb自润滑材料、Cu-Cr、Ni-Ag电接触材料、Cu-Pb超导材料、Cu-Co巨磁阻材料、Zn-Bi电化学材料、Bi-Ga半导体材料。该类合金的明显标志是在相图上存在两液相难混溶区。在常规凝固条件下，难混溶合金发生两液相分离时，密度不同、互不相容的两液相迅速分离，最终形成严重宏观偏析或组元分层的凝固组织，因此，采用常规的凝固技术难以制备出有工业价值的匀质难混溶合金。

目前，制备匀质难混溶合金的方法有微重力凝固、快速凝固、定向凝固、控制铸造、正交电磁场、粉末冶金法等。但是，这些方法均存在显著的缺陷：微重力凝固法需要花费较高的成本制造微重力环境；快速凝固法所制备的材料尺寸受到很大的限制；定向凝固法的制备条件苛刻；控制铸造法仅能制备尺寸较小的材料；粉末冶金法的工序复杂、生产周期较长、成本较高，杂质和空隙的存在使合金性能显著降低。因此，如何通过改进凝固制备工艺来获得大块匀质难混溶合金是难混溶合金制备研究亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种大块匀质Al-Bi难混溶合金及其制备方法，得到的大块匀质Al-Bi难混溶合金中Bi相均匀、弥散分布。

本发明是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种大块匀质Al-Bi难混溶合金的制备方法，其特征在于，所述方法按照如下步骤进行：

S101：将质量份数分别为44～95.6份和4～40份的金属铝和金属铋熔化，并在750～1250℃条件下保温至少10min，使两液金属相充分熔融为均匀的单一液相。

S102：向所述步骤S101中得到的液相中加入质量份数为0.4～16份的稀土金属或稀土中间合金，然后在750℃～1300℃条件下保温至少20min，使所述稀土金属充分熔融并均匀分布，得到液相合金熔体；其中，所述稀土金属或稀土中间合金与所述铋的质量比为1:2.5～10。

作为优选，所述稀土金属或稀土中间合金与所述铋的质量比为1:2.5～3。

稀土金属或稀土中间合金起匀化和细化的作用，稀土金属通常容易在空气中氧化甚至自燃，将一些稀土金属制备成稀土中间合金能够长期储存，提高其在存储和运输过程中的安全性，节约防止稀土金属氧化的成本。

S103：将所述步骤S102中得到的液相合金熔体浇注到温度为20～900℃模具中冷却至完全凝固，得到大块匀质Al-Bi难混溶合金；其中，液相合金熔体在模具中的平均冷却速率为0.1～5℃/s。

一般制备匀质偏晶合金需要的冷速需要大于1000℃/s，所以仅能制备尺寸小的匀质难混溶合金。本发明在小的冷却速率的条件下制备出匀质偏晶合金，这说明添加稀土可以制备大尺寸的匀质偏晶合金。

作为优选，所述稀土金属为镧、铈或镧铈混合稀土，所述稀土中间合金为铝-镧合金或铝-铈合金；其中，所述铝-镧合金中，所述镧的质量分数为5～40%，所述铝-铈合金中，铈的质量分数为5～40%。