[发明专利]石墨烯增强低铈Al-Si-Mg合金及其铸造方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯增强低铈Al‑Si‑Mg合金，其原料按重量百分比计为：硅6.5～7.5wt.％、镁0.25～0.45wt.％、铈0.40wt.％、石墨烯0.001～0.007wt.％、铁≤0.05wt.％、锌≤0.2wt.％、锰≤0.1wt.％、钛≤0.1wt.％、锆≤0.15wt.％、铍≤0.1wt.％、锡≤0.05wt.％、铅≤0.1wt.％，其他不可避免的元素：每种≤0.03wt.％，合计≤0.10wt.％，铝余量；石墨烯增强低铈Al‑Si‑Mg合金的铸造方法，具体包括以下步骤：原料称取、原料放置、熔炼炉坩埚洗气、合金熔炼、熔液浇铸、取样；本发明制备的石墨烯增强低铈Al‑Si‑Mg合金抗拉强度、屈服强度和伸长率高，能广泛应用于汽车工业领域，合金中石墨烯含量低，铸造条件温和、工艺简单，铸造成本低。

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，特别是涉及一种石墨烯增强低铈Al-Si-Mg合金及其铸造方法。

背景技术

铝合金的密度小、强度高、抗蚀性好、塑性和可成形性优异，运输便利，可实现绿色加工，Al-Si-Mg铸造铝合金具有良好的铸造流动性、小的收缩率和热裂敏感性、高的强重比、好的气密性与耐磨性，适合于制造外形繁杂的构件，如泵体、发动机滑块构件，汽车变速器，燃料箱、轮毂、各类外壳、航空机接头及其他机械工程结构件；但传统的Al-Si-Mg系铸造铝合金中含有粗大的树枝状α-(Al)初晶相及粗大板条状共晶(Si)，而且在工业铸造铝合金中还含有大量板条状杂质相，这些粗大的组织和板条状杂质相都会导致合金性能下降。

因此，如何有效控制Al-Si-Mg系铸造铝合金中初晶相的微观形貌以及共晶组织、杂质相的晶粒形态与尺寸分布是提高其综合力学性能的核心科学和技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯增强低铈Al-Si-Mg合金及其铸造方法，以实现通过添加石墨烯，与铈元素协同调控Al-Si-Mg合金中初晶相的微观形貌以及共晶组织、杂质相的晶粒形态与尺寸分布，提高Al-Si-Mg合金的机械性能，扩大铝合金在汽车工业领域的应用范围。

石墨烯增强低铈Al-Si-Mg合金，其原料按重量百分比计为：硅6.5～7.5wt.％、镁0.25～0.45wt.％、铈0.40wt.％、石墨烯0.001～0.007wt.％、铁≤0.05wt.％、锌≤0.2wt.％、锰≤0.1wt.％、钛≤0.1wt.％、锆≤0.15wt.％、铍≤0.1wt.％、锡≤0.05wt.％、铅≤0.1wt.％，其他不可避免的元素：每种≤0.03wt.％，合计≤0.10wt.％；铝余量。

石墨烯增强低铈Al-Si-Mg合金的铸造方法，具体包括以下步骤：

步骤1：按照重量百分比称取各组分原料；

步骤2：在熔炼炉坩埚底部铺一层铝颗粒，要求铝颗粒完全覆盖无缝隙，随后将其他原料颗粒铺上，最后再铺上一层铝颗粒；

步骤3：关闭熔炼炉炉门，开启真空泵抽离炉体中空气，随后充入高纯Ar气进行洗气，继续抽真空到低压50Pa，充入高纯Ar气做保护气氛至气体压力为500Pa；

步骤4：打开熔炼炉电源开始熔炼合金，熔炼过程如下：用200A～210A电流加热200s～280s，使炉温缓慢升高到600±5℃；随后将电流升高至230A～240A，炉温达到720±5℃，加热100s～140s，保持电流大小不变，晃动坩埚60s，晃动幅度为熔炼炉坩埚中轴线正负15°，晃动频率为50～60次/min；将电流升高至245A～255A，炉温达到750±5℃，轻微缓缓晃动坩埚60s，晃动幅度为熔炼炉坩埚中轴线正负10°，晃动频率为50～60次/min；最后关闭电源，待熔液温度降到650±5℃时将合金浇铸到石墨模具中冷却；

步骤5：浇铸完成后，采用真空泵抽出炉内高温气体，抽真空时间为30s～40s，之后充入室温氩气，520s～580s后开炉取样。

进一步的，步骤4中的熔炼设备为感应熔炼炉。