[发明专利]一种铝钢双金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铝钢双金属复合材料及其制备方法，属于有色金属铸造技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤：将钢件进行热浸镀铝后在钢件表面形成镀铝层，然后在钢件表面的镀铝层上浇铸铝硅合金熔液，冷却，即得；热浸镀铝采用的镀液与浇铸在镀铝层上的铝硅合金熔液相同，铝硅合金熔液中含有稀土变质剂元素，稀土变质剂元素为铕和/或钪。本发明的方法，将钢件在含有稀土元素铕和/或钪的铝硅合金熔液中热浸镀铝后再在镀铝层上浇铸铝硅合金熔液，在变质铝硅合金的同时使金属间化合物的厚度降低，还可以有效提高铝钢双金属液固复合界面的结合强度，获得界面组织性能优化的铝钢双金属复合材料，使其能够满足铝钢异种复合结构在生产中的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种铝钢双金属复合材料及其制备方法，属于有色金属铸造技术领域。

背景技术

铝钢双金属复合材料结合了钢铁材料优良的力学性能和铝/铝合金材料的轻质、高导热、耐腐蚀等性能，在燃气轮机缸体材料轻量化应用方面具有十分广阔的前景。液-固复合铸造法具有工艺简单，成本低廉的优点，目前在铝钢双金属复合材料的制备中应用具有广泛的应用。

在利用液固复合铸造的方法制备铝钢双金属复合材料过程中，易在复合界面处产生脆性金属间化合物，降低了界面结合强度，并且由于铝、钢的膨胀系数不同，在冷却过程中铝钢复合界面将产生很大的应力，当界面结合强度较低时会致使铝钢复合界面开裂，严重影响了铝钢的结合性能，这也成为制约铝钢双金属复合材料发展和应用的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝钢双金属复合材料的制备方法，以解决现有铝钢双金属液固复合界面强度低、脆性大、易开裂的问题。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的铝钢双金属复合材料。

为了实现以上目的，本发明的铝钢双金属复合材料的制备方法所采用的技术方案是：

一种铝钢双金属复合材料的制备方法，将钢件进行热浸镀铝后在钢件表面形成镀铝层，然后在钢件表面的镀铝层上浇铸铝硅合金熔液，冷却，即得；所述热浸镀铝采用的镀液与浇铸在镀铝层上的铝硅合金熔液相同，所述铝硅合金熔液中含有稀土变质剂元素，所述稀土变质剂元素为铕和/或钪。

本发明的铝钢双金属复合材料的制备方法，将钢件在含有稀土元素铕和/或钪的铝硅合金熔液中热浸镀铝后再在镀铝层上浇铸铝硅合金熔液，在变质铝硅合金的同时使脆性金属间化合物的厚度降低，可以有效提高铝钢双金属液固复合界面的结合强度，获得界面组织性能优化的铝钢双金属复合材料，使其能够满足铝钢异种复合结构在生产中的使用要求。此外，本发明的铝钢双金属复合材料的制备方法成本低，操作简单，便于推广应用。

进一步地，热浸镀铝前，对钢件的表面依次进行除锈、碱洗、酸洗、水洗处理，然后进行助镀处理。所述助镀处理采用的助镀液为氟锆酸钾溶液，氟锆酸钾溶液的浓度为40-45g/L。进一步地，所述助镀处理的温度为80～90℃，时间为5～10min。对钢件表面进行除锈可以采用现有方法进行，例如对钢件表面进行打磨处理或喷砂处理后水洗。所述碱洗采用的碱液优选为质量浓度80-90g/L的氢氧化钠溶液，碱洗优选在超声条件下进行，碱洗的时间优选为15～20min。碱洗后用酒精清洗并烘干，然后再进行酸洗。所述酸洗采用的酸液优选为质量分数10-15％的盐酸，酸洗的时间优选为3～5min。

进一步地，所述铝硅合金熔液中稀土变质元素为铕，所述的铝硅合金熔液中稀土变质剂元素的质量百分含量为0.05～0.2％，例如可以为0.05％、0.1％、0.15％或0.2％；或所述铝硅合金熔液中稀土变质元素为钪，所述铝硅合金熔液中稀土变质剂元素的质量百分含量为0.1～0.4％，例如可以为0.1％、0.2％、0.3％或0.4％。

更进一步地，所述铝硅合金熔液中稀土变质元素为铕，所述铝硅合金熔液中稀土变质剂元素的质量百分含量为0.1～0.2％；或所述铝硅合金熔液中稀土变质元素为钪，所述铝硅合金熔液中稀土变质剂元素的质量百分含量为0.3～0.4％。