[發明專利]一種高性能鑭鐿鋁合金的制備方法

有效

• 申請號: 201410436494.8
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104178649A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 閆洪;李正華
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/00
• 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

本發明屬于冶金技術領域。

背景技術

Al-Si-Cu合金具有良好的鑄造工藝性能，但力學性能較差。合金在熔融狀態下吸氣傾向大，鑄件容易形成氧化夾渣、縮孔、縮松等缺陷，澆注前液體金屬需要變質處理，改善合金力學性能，限制了它在汽缸體、缸蓋、引擎齒輪箱、連桿及電動工具體等零部件的應用。

對鋁合金鑄錠來說，細化晶粒可使其內部組織均勻，減少偏析，提高塑性，防止裂紋和縮孔等缺陷。在鋁及鋁合金中添加適量的稀土元素，能改善其性能，發展新材料。通常稀土元素具有很強的表面化學活性，具有合金化、凈化、變質等作用。由于稀土均有不同程度的變質能力，可以生成不同的金屬間化合物。因此可以通過添加幾種不同的稀土構成混合稀土，獲得幾種提高合金性能的金屬間化合物，起到一種協同作用。通常這些金屬間化合物具有非常好的熱穩定性，可以阻礙合金中位錯移動，并且釘扎于晶界，極大的提高了合金的機械性能。

此外，近年來不同的研究者將功率超聲應用于材料制備過程中，開辟了制備高性能材料的新途徑。作為高能超聲的重要參數，毫無疑問，超聲功率、超聲時間、超聲頻率等對高性能合金的制備將起到關鍵作用。不同的超聲頻率下會產生不同數量的空化氣泡。超聲頻率小于22kHz?時，空化氣泡經歷一次性膨脹和收縮就破滅，空化效應明顯，為瞬態空化，并且在15?kHz?時，空化氣泡振幅變化比在超聲頻率為22?kHz?要大。隨著頻率逐漸地升高，空化氣泡開始需要經歷多次膨脹、收縮的過程，最后才能破滅。空化氣泡由瞬態空化逐漸變化到穩態空化，空化氣泡的振幅變化也隨頻率的增大而逐漸減小。

空化氣泡在超過一定的閾值的聲壓下發生崩潰并產生沖擊激波，而這一切均是在極短的時間里，以很高的頻率發生的。空化泡在崩潰后變為大大小小的氣泡，其中大的氣泡將繼續作為核心，從而促使空化氣泡不斷產生、崩潰，不斷的產生沖擊激波，這樣在聲空化效應的作用下，己結晶長大的晶粒被急劇的沖擊激波打碎，抑制了晶粒的長大，使晶粒得到細化的同時，晶體也得到了均勻彌散。

本發明是在稀土變質細化的基礎上，結合高能超聲的聲空化效應和聲流效應制備合金。

發明內容

本發明的目的是提供一種高性能鑭鐿鋁合金制備方法，獲得高力學性能的稀土鋁合金。

本發明是通過以下技術方案實現的，包括以下步驟。

（1）將Al-Si-Cu合金加入到熔煉爐，完全熔化，升高溫度到750～780℃，加入預熱到150～250℃的Al-La-Yb三元中間合金，配制成含質量百分數為0.1～0.9%的La/Yb稀土鋁合金，其中稀土La:Yb為1:0.5～2。

（2）熔化時引入高能超聲處理，超聲頻率15~22kHz，超聲強度0.8kw/cm²～1.0?kw/cm²，每次超聲時間40～60s，間歇時間40～60s，總超聲時間5～10min。

（3）將熔體溫度控制在730～750℃保溫20～30min；繼續超聲5~10min，超聲頻率22kHz。

（4）將熔體降至720～730℃精煉、除氣、除渣澆注。

材料力學試驗：根據國家標準GB/T?228-2002，將試驗得到的鑄件加工成標準拉伸試樣，在SUNS?UTM5105型拉伸機上進行拉伸試驗。其中，鑄件未經任何熱處理，也不進行X?射線探傷，隨機取樣。

拉伸試驗結果可知，加入稀土后，合金抗拉強度，延伸率都得到大大提高。其中當添加0.6%的稀土La/Yb后，相對基體合金其抗拉強度提高了92.4%，延伸率提高了132.1%。

本發明的技術效果是：本發明制備工藝簡單，合金成分穩定，通過La/Yb的合金化作用和超聲作用，顯著細化了Al-Si-Cu合金組織，改善了Si相形態，大幅度提高合金強度；同時La/Yb的加入，形成了熱穩定強化相La₃Al₁₁、YbAl₃，這些相起到了阻礙位錯移動和釘扎晶界的作用，極大的提高了合金的機械性能。且工藝簡單、安全可靠，操作方便，無三廢污染。

附圖說明

圖1為本發明制備的Al-Si-Cu-0.6La/Yb稀土鋁合金顯微組織金相圖。

圖2為ADC12-0.6La/Yb稀土鋁合金XRD分析結果。

具體實施方式

本發明將通過以下實施實例作進一步說明，但本發明的具體實施方式不局限于下述的實施例。

實施例1。