[发明专利]一种铸造铝合金的复合细化-变质剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种铸造铝合金的复合细化‑变质剂及其制备方法与应用，所述复合细化‑变质剂是Al‑Sr‑Sc‑Er复合细化‑变质剂，采用本发明制备的复合细化‑变质剂对A356.2铝合金进行处理，可实现A356.2铝合金快速时效处理并提高其热稳定性。通过前期改性和快速时效处理来优化合金的微观组织从而影响合金中位错及空位的运动行为，达到缩短时效处理时间，得到组织均匀、热稳定性较高的A356.2铝合金。

技术领域

本发明属于铸造铝合金材料设计与热处理领域，具体为一种铸造铝合金的复合细化-变质剂及其制备方法与应用，尤其适用于A356.2铝合金。

背景技术

随着环境污染以及能源短缺等问题的日益突出，节能减排已成为工业制造领域亟需解决的问题。伴随汽车保有量的逐年增加，尾气排放量也与日俱增，世界铝业协会报告中指出，汽车质量每减小10％，可降低6-8％的油耗，在汽车设计中轻量化是降低其油耗和尾气排放量的主要途径。铝合金因具有比强度高，成型性能、抗蚀性和热传导性好等优点，已成为当今汽车轻量化的首选材料。

A356.2铝合金因为具有良好的铸造性能和综合力学性能，已被广泛应用于汽车车身、轮毂、悬挂系统、发动机和热交换器等部件。然而在铸态条件下A356.2铝合金组织中存在粗大的柱状晶/树枝晶，且共晶硅呈针片状/板条状分布于晶界处，限制了A356.2铝合金的综合性能。在实际使用过程中，需要通过在合金中加入细化剂和变质剂从而优化合金的组织与性能，目前通常采用Al-Ti-B和Al-Sr对合金分别进行细化和变质，但在使用温度较高的发动机和热交换器等部件上，它们不能满足A356.2合金在热稳定性方面的要求。

细化剂和变质剂的类型对铸态A356.2合金的热处理过程有重要影响，通常传统的细化剂和变质剂需要长时间时效处理才能使强化相β相从基体中析出，导致能源消耗较大且降低生产效率。CN106498198A公开了一种提高铝合金热稳定性的复合细化-变质剂的制备方法和应用，该方法获得的复合细化-变质剂虽然可以显著提高铝合金的热稳定性，但并不能缩短后续人工时效时间；CN103614673B公开了一种可实现铝合金快速时效热处理的方法，该方法缩短了人工时效时间，但相比于常规铝合金的时效处理需加入额外的特殊电脉冲设备，设备结构更加复杂；CN110714176A公开了一种可实现铝合金快速时效的热处理方法，将预变形后的铝合金进行磁场时效处理，从而缩短人工时效时间，该方法需要对合金进行预变形处理，增加了工艺流程。综上所述，为了实现汽车的轻量化，迫切需要开发一种既可以提高A356.2合金的热稳定性，又可以实现合金快速时效的复合细化-变质剂，使A356.2铝合金在较高温度服役过程中依然能够保持良好的使用效果。

发明内容

针对目前A356.2铝合金细化剂和变质剂开发过程中的不足之处，本发明提供一种铸造铝合金的复合细化-变质剂及其制备方法与应用，所述复合细化-变质剂是Al-Sr-Sc-Er复合细化-变质剂，采用本发明制备的复合细化-变质剂对A356.2铝合金进行处理，可实现A356.2铝合金快速时效处理并提高其热稳定性。通过前期改性和快速时效处理来优化合金的微观组织从而影响合金中位错及空位的运动行为，达到缩短时效处理时间，得到组织均匀、热稳定性较高的A356.2铝合金。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种铸造铝合金的复合细化-变质剂，适用于A356.2铝合金，其特征在于，该复合细化-变质剂的组元为Al、Sr、Sc、Er，其质量百分比组成为：Sr为4-6.5％、Sc为0.05-0.35％、Er为0.05-0.2％，余量为Al。

进一步的，本发明设计一种铸造铝合金的复合细化-变质剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合金以及纯铝分别进行切割，打磨和抛光去除表层氧化皮和杂质，清洗之后在烘干机中烘干，并按如上所述的复合细化-变质剂的组元Al、Sr、Sc、Er的质量百分比组成分别称取Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合金以及纯铝，备用；