[發明專利]一種在高壓強條件下鋁硅粉末的固相合金化方法

有效

• 申請號: 201310201598.6
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103266235A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 余琨;李鵬飛;胡杰;陳立三;趙為上;魏文武
• 申請（專利權）人: 株洲冶煉集團股份有限公司;中南大學;湖南有色金屬控股集團有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種針對鋁粉和硅粉經過活化處理后，在高壓強作用下低于其熔化溫度的固相燒結實現合金化的方法，可應用于制備高致密度的鋁硅合金。

背景技術

鋁硅合金具有密度低、硬度高、導熱性能好等優點，在耐磨活塞材料、電子封裝材料和真空濺射鍍膜材料等大量領域可以獲得廣泛的應用。在鋁硅合金中，硅含量約12%～25%的合金可以用來制備輕質高強耐熱的活塞缸體材料，在摩托車、汽車等發動機活塞上獲得實際的應用。硅含量在27%～70%的鋁硅合金，可以用來制備集成電路用電子封裝材料，以取代傳統的鎢銅等高密度的合金，實現在航空航天等需要輕質材料的領域中應用。硅含量在70%～90%的鋁硅合金，可以用來制備真空磁控濺射鍍膜用合金靶材，制造在玻璃、金屬或塑料等各種不同材料表面的物理氣相沉積膜層，改善材料表面熱性能、電性能、腐蝕性能和耐磨性能等。以上這些不同種類的鋁硅合金可以通過不同的工藝來生產，但是針對不同應用領域的鋁硅合金材料，生產的關鍵技術也有很大的差別，尤其是鋁硅合金化過程中的冶金特點造成現有的制備技術存在各自不同的缺陷，很難生產出性能均勻的高品質鋁硅合金材料。

目前，針對不同成分配比鋁硅合金生產方法的特點，典型地歸納總結如下：

（1）熔煉鑄造方式生產鋁硅合金。采用該方法，硅鋁合金中硅的含量很難提高到25％以上。在硅含量更高的合金制備時，合金的熔煉溫度很高，達到1000℃～1600℃。此時鋁氧化嚴重，而且這種方法制備的硅鋁合金會生成粗大尺寸的初晶Si相，可以達到幾個毫米長，嚴重影響合金性能，而且該方法生產的鋁硅合金，鑄造的縮孔、氣孔等缺陷嚴重，成分偏析厲害。專利CN201210323997.5公開了一種采用熔煉鑄造方法生產鋁硅合金，該方法中硅的含量僅為5%～6%，而且還添加了鈦、鋅、鉍的其他合金元素提高硅的合金化。專利CN200810068828.5公開了一種高硅鋁合金的熔煉方法，其中硅的含量為18%～20%，熔煉溫度在830℃以上，而且加入了鋁稀土合金、鋁磷合金、鋁鈦硼合金制成的變質劑才實現硅鋁合金的熔煉。而專利CN200810013125.2也公開了一種硅含量在19%～21%，并且和銅、鎂、鐵、鋅、錳等合金元素一起在900～950℃熔煉合金化的材料，并在專利CN201020559898.3中采用該熔煉鑄造工藝制造高硅鋁合金汽車發動機缸體。

（2）熔化后浸滲硅鋁合金方法。專利CN200410043855.9提出一種硅在整體合金中所占的質量百分比為61.6％～70.8％的低膨脹超高硅鋁合金及其制備方法，該方法是先將硅制備成一定密度和強度的多孔骨架，然后將熔化后的鋁在壓力作用下，逐漸浸滲到硅的空隙中。這種方法要預先制備多孔的硅骨架，工藝流程長，成本高，而且要預制硅骨架的原因，合金的成分無法做大的調整，因此該方法生產的硅鋁合金總是被限制在一定的成分范圍內（一般硅含量在60%～70%之間）。

（3）噴射沉積硅鋁合金成型法。英國Osprey公司采用該方法制備了一系列Si-Al合金，該方法是目前報道過的可以生產不同成分配比鋁硅合金種類最多的合金化方法，該方法是將鋁硅合金熔化后的熔融液體，通過一個直徑為幾毫米的小孔流出，然后用氮氣或者氬氣等惰性氣體霧化液流，形成大量的合金小液滴，液滴沉積在預先準備的沉積盤上獲得鋁硅合金錠坯。這種方法可生產成分范圍在70%～27%Si的5種硅鋁合金。但是采用該方法，生產出的硅鋁合金在產品相對密度上一般在97%以下，甚至有的只有90%左右，很難滿足使用要求。而且該生產方法必須使用Osprey公司具有專利權利的專用設備和專用技術，在生產中受到限制。

以上工藝，在生產鋁硅合金時，總存在一些合金成分上、工藝方法上或者生產裝備上的缺陷和限制，尤其在規模化生產時會有較大的難度。而隨著太陽能電池、集成電路硅芯片、大功率電子元器件等新興技術領域對鋁硅合金應用需求的顯著增加，需要開發出新的制造鋁硅合金的生產技術，滿足更多新型材料的應用要求。