[發明專利]一種稀土元素鑭合金化鋁硅合金及制備方法

有效

• 申請號: 201310357494.4
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103469027A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 胡志;閆洪;阮先明;熊俊杰
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C21/04
• 分類號: C22C21/04;C22C1/03;B22D27/20
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于鋁硅合金及制備技術領域。

背景技術

鋁-硅（Al-Si）合金是鋁基合金中最重要的一個系類，具有簡單的共晶型相圖，其共晶溫度為577℃，共晶成分為12.6?wt.%?Si。鋁硅合金的鑄造性能優良，無熱裂及疏松傾山，氣密性較高。其密度小，耐蝕性好，可在受大氣．海水腐蝕的環境中使用，可承受工業氣氛的環境中濃硝酸．過氧化氧等的腐蝕作用；焊接性能也好。但該合金的力學性能低，耐熱性和切削加工性差。

稀土元素具有獨特的電子層結構及物理化學性質，有獨特的4f電子結構、大的原子磁矩、很強的自旋偶合特性，對鋁合金的影響也相當獨特。稀土元素的變質作用具有長效性及重熔穩定性特點，比其他變質劑要好，且具有較好的脫氧和脫硫能力。其中稀土元素La對Al-Si合金具有顯著的變質能力，江西理工大學劉政等利用擠壓鑄造法制備了Al₂O₃/Al-Si-La復合材料，研究了稀土La對復合材料凝固組織以及基體合金凝固時溶質偏析的影響。金城造紙集團陳繼飛等研究了不同量稀土La對Al-17Si-xLa合金微觀組織的影響，發現稀土La對二元過共晶Al-Si合金中的Si相有變質作用。北京大學張啟運等采用稀士熔鹽電解法及熔鹽直接反應法對在Al-Si合金中定量添加的稀土元素La，發現稀土元素La對Al-Si合金具有良好的變質作用。

超聲波在Al-Si?熔體中傳播時，會產生正壓相和負壓相，破壞熔體的結構完整性,?使聲阻連續性降低,?熔體對聲能吸收的微區差異性提高,?近程有序度下降,?增加結晶核心。東北大學李英龍等研究了從壓鑄至凝固全過程經超聲作用下共晶成分和過共晶成分Al-20Si合金組織和性能的影響。結果表明：超聲對初晶Si和共晶Si組織具有雙重細化作用，使Si破碎變成顆粒狀，合金的機械強度和塑性得到改善。合肥工業大學楊俊等研究了超聲功率（300-1600W）、超聲時間（20-100s）、超聲溫度（600-680℃）對過共晶成分Al-20Si合金組織和性能的影響，超聲處理可以顯著提高A1-20%Si合金的抗拉強度和延伸率。上海大學劉清梅研究了側部導入超聲處理對共晶Al-12.5Si合金凝固特性的影響，研究發現在凝固過程（共晶反應區577-660℃）中進行超聲處理能顯著細化共晶硅相，改善其形貌及分布。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種稀土元素鑭（La）合金化鋁硅合金及制備方法，該方法能有效改善初晶硅、共晶硅的形態及分布，以提高合金的力學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明所述的稀土元素鑭合金化鋁硅合金，所述的合金的各組分的重量百分比為：硅為9.0-13.5%，鑭為0.08~0.45%，余量為鋁。

本發明所述的一種稀土元素鑭合金化鋁硅合金的制備方法，其特征是將石墨坩堝中鋁-硅（Al-Si）合金加熱至熔化后，在770~790℃溫度按上述重量百分比加入鑭或鋁-鑭中間合金，保溫5~8分鐘；然后進行間歇超聲處理，待合金熔體降溫至720~740℃，保溫31~180分鐘后澆注成形。

本發明所述的間歇超聲處理是：超聲強度為10w/cm²~38w/cm²，每次超聲時間為20~30秒，間歇時間20~30秒，超聲處理時間總計為3~8分鐘。

本發明的技術效果是：超聲作用下稀土La的加入能明顯促進α-Al相的細化、球化；使針狀共晶硅變為點狀或短桿狀，并且使其分布更分散、均勻，從而使鋁合金的顯微組織與力學性能得到顯著的改善。本發明工藝簡單、安全可靠，操作方便，且無三廢污染。

附圖說明

圖1為實施例4條件下制備的合金鑄態的顯微組織。

具體實施方式

本發明將通過以下實施例作進一步說明。

實施例1。

將含硅為9.0%（重量百分比）的Al-Si合金加入到石墨坩堝加熱至全部熔化，在780℃加入Al-La中間合金并保溫5分鐘，其中稀土元素La占合金總重量的0.08%；然后將超聲變幅桿伸入上述合金熔體中進行間歇超聲處理，超聲強度為10w/cm²，超聲處理時間總計為3分鐘，每次超聲時間為25秒，間歇時間25秒；最后將合金熔體降至720℃保溫31分鐘后，在金屬型模具中澆鑄成型。

實施例2。