[發明專利]一種使稀土元素在鋁硅合金表面均勻分布的方法

有效

• 申請號: 200910248830.5
• 申請日: 2009-12-28
• 公開（公告）號: CN101760709A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 高波;郝儀;涂贛峰;郝勝智;董闖
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種使稀土元素在鋁硅合金表面均勻分布的方法。

背景技術

硅是鋁硅合金的主要合金元素，它使合金具有高的流動性與低的收縮率，因而合金具有 優異的鑄造性能，使鋁硅合金適用于制造汽缸蓋、活塞、變速器殼、傳動裝置、排氣管等零 件，擁有廣泛的應用前景。目前國內使用的鋁硅合金活塞材料主要為共晶型鋁硅合金，其合 金組織由粗大的針狀共晶硅與鋁基固溶體組成的共晶體和少量的板塊狀初生硅組成，由于組 織中粗大的針狀共晶硅的存在，合金的機械性能不高，抗拉強度不超過140MPa，延伸率δ小 于3％，一定程度的限制了共晶型鋁硅合金的應用范圍。另外，隨著汽車產品向高速度、低能 耗方向發展，共晶型鋁硅合金已越來越難以達到使用性能要求，采用更為合理的活塞材料勢 在必行。過共晶鋁硅合金含硅量高達17％～26％，合金具有密度小、比強度高、耐磨耐蝕及高 溫性能好等特點，廣泛應用于汽車、電子和航天領域。而且隨著合金中硅含量的提升，合金 的熱膨脹系數更小，合金的耐磨性、耐蝕性及高溫強度等性能更加優異。但是，這類合金具 有脆性大，切削加工性差等缺點，主要是由于過共晶鋁硅合金組織中存在大量的板塊狀初生 硅和針狀共晶硅的顯微組織，其中初生硅為主要的硬質相，雖然能夠提高合金的耐磨性，但 是也因硅相顆粒尺寸的增大導致材料的強度下降且脆性增加。總之，共晶型和過共晶型鋁硅 合金本身組織結構都存在著缺陷，以致限制兩種鋁硅合金材料在工業上的應用范圍。

為了既保持鋁硅合金的固有優點，又使機械性能有大幅度的提高，近幾十年來世界各國 的工作者研究并實施很多方法來解決鋁硅合金組織細化問題。合金的變質處理是細化鋁硅合 金組織并提高性能的有效手段，具有簡便易行，工藝簡單等優點。向鋁硅合金中添加稀土元 素Nd已有學者進行了研究，結果指出Nd的加入能夠細化粗針狀共晶硅和板塊狀初生硅，且 細化效果明顯。高波等對加入Nd的共晶硅和初生硅組織變化進行了前期研究，發現Nd的加 入可以細化硅相，但稀土元素Nd出現富集，并且高含量Nd(＞1％)的加入在鑄造后的合金 組織中呈現粗針狀分布，此現象不僅會限制稀土元素Nd對合金的預期變質效果，而且Nd元 素的偏析對合金性能也會造成影響。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種使稀土元素在鋁硅合金表面均勻分布的方法，目的 在于通過電子束加熱處理鋁硅合金的表面，使稀土元素在鋁硅合金表面趨于均勻分布，從而 使經電子束加熱處理的鋁硅合金表面具有更加優異的性能。

本發明的方法按以下步驟進行：

1、表面預處理：

選取鋁硅合金鑄錠的成分按重量百分比為Si?12.6～25％，RE?0.1～2％，余量為Al；采用線 切割方式在鋁硅合金鑄錠上切出斷面，對鋁硅合金鑄錠的斷面表面進行研磨和拋光處理；然 后用有機溶劑將鋁硅合金鑄錠表面清洗干凈，再去除鋁硅合金鑄錠表面的有機溶劑。

2、電子束改性處理：

將表面預處理后的鋁硅合金鑄錠置于真空度≤10^-3Pa的條件下，施加強流脈沖電子束對 斷面進行表面改性處理，強流脈沖電子束的工作參數為：加速電壓為23～27kV，脈沖次數為 5～25次。

上述方法中，所述的有機溶劑為乙醇或丙酮。

通過強流脈沖電子束的加熱，同時控制加速電壓和脈沖次數，使鋁硅合金鑄錠表面經過 快速熔化和凝固，鑄錠表面的組織得到細化，相間各化學元素重新分配，表面成分趨于均勻 化，尤其是稀土成分分布更加均勻；由于加熱處理在真空度≤10^-3Pa的條件下，因此不會出 現合金表面被氧化的現象。本發明的方法工藝簡單，操作方便，能量利用率高，鋁硅合金表 面快速熔凝后的組織得到細化，并且相間各化學元素重新分配，表面成分趨于均勻化，可以 達到硬度和韌性的更好配合。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中電子束加熱處理前的鋁硅合金表面SEM圖。

圖2為本發明實施例1中電子束加熱處理后的鋁硅合金表面的EPMA圖。

圖3為本發明實施例1中電子束加熱處理后的鋁硅合金中Al、Si和Nd元素的區域分布 圖。

圖4為本發明實施例1中電子束加熱處理后的鋁硅合金中Al、Si和Nd元素的線掃描圖。

圖5為本發明實施例3中電子束加熱處理后的鋁硅合金表面的SEM圖。