[發明專利]一種石墨烯和稀土協同強化的鑄造鋁硅合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201711262507.4
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108220703B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 王宏宇;許增;吳勃;丁揚;陳特
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22F1/043;C22C1/10
• 代理公司: 32218 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 瞿網蘭

一種石墨烯和稀土協同強化的鑄造鋁硅合金，其特征在于其成分如下：硅6.5～7.0%、石墨烯0.3～0.5%、鎂0.3～0.4%、鈰0.3～0.5%、鈦0.08～0.2%、其他雜質≤0.7%、余量為鋁；其中，石墨烯用于提高鋁硅合金的強度和導電性，鈰用于改善鋁硅合金由于石墨烯的添加引起流動性不足而導致缺陷增多的問題；同時，這一鑄造鋁硅合金需配合使用如下的熱處理工藝，首先進行加熱溫度為525±5℃、保溫時間為5～7h、用85～95℃水冷卻的固溶處理，然后進行加熱溫度為180±5℃、保溫時間8～10h、空冷的時效熱處理。本發明鋁硅合金能夠兼顧高強度和高導電性以及具有良好鑄造成形性，是優質的超特高壓電工材料，具有較強的市場競爭力。

技術領域

本發明屬于鑄造鋁合金技術領域，涉及一種鑄造鋁硅合金及其制備方法，具體地說是一種石墨烯和稀土協同強化的鑄造鋁硅合金及其制備方法。

背景技術

隨著全球電工材料以鋁代銅總趨勢的不斷深入和國家建設超特高壓堅強智能電網戰略的實施，對能夠兼顧高強度和高導電性以及具有良好鑄造成形性的鋁合金材料需求越來越大。然而，目前通用鑄造鋁合金難以滿足上述要求，故面向超特高壓用電工材料開發新型鑄造鋁合金已迫在眉睫。

ZL101A（美國牌號為A356）系列鋁硅合金，是目前電工材料使用最多的一類鑄造鋁合金。現有關于電工材料用鑄造鋁硅合金的研究，主要集中于調整原有合金元素的含量以及改進其熱處理工藝，進而在保證其鑄造性能及強度的同時提高其導電性。例如，專利號為ZL 201310121353.2的發明專利，提出了一種將不利于合金導電性能的元素控制在A356成分標準的下限，并且降低雜質含量的方式來提高合金導電性，然后通過改進后的T8熱處理工藝來保證合金強度的方法。這一方法，在保證鋁硅合金的鑄造性能及強度的前提下，將其導電性提高了20%，達到28～30MS/m，基本滿足超特高壓用電工材料導電性最低為26MS/m的要求。然而，距離高品質超特高壓用電工材料其不僅導電性偏低而且強度也尚不夠理想。

石墨烯是一種備受關注的高強度與高導電性的優良材料，已有研究人員嘗試將其作為增強相添加到鋁合金中以生產鋁基石墨烯復合材料制品。如專利號為ZL201510387953.2的發明專利，提出了通過以中間合金的形式將石墨烯添加入鋁硅合金中，所述方法主要包括經過混粉、低溫球磨、熱等靜壓、熱擠壓制得鋁/石墨烯中間合金，然后將中間合金加入到熔融鋁液中進行鑄造成形。采用此方法制得的鑄件，抗拉強度與導電性均有較大的提高，然而其存在鑄造性能不足的問題，主要表現為：與ZL101A相比，這種鋁基石墨烯復合合金的流動性較差，在成形薄壁異形鑄件時其充型能力不足，導致鑄件精度下降、輪廓模糊甚至外形不完整等缺陷。

通過對國內外相關文獻的檢索，目前尚未有一種能夠兼顧高強度和高導電性以及具有良好鑄造成形性的鋁合金材料可供使用，一定程度上制約了我國超特高壓用電工材料的發展。

發明內容

本發明的目的是針對現有鋁合金難以滿足超特高壓用電工材料需兼顧高強度、高導電性以及良好鑄造成形性的要求，通過石墨烯和稀土的協同強化作用以及合適的后續熱處理工藝，發明一種石墨烯和稀土協同強化的鑄造鋁硅合金及其制備方法。

本發明的技術方案一是：

一種石墨烯和稀土協同強化的鑄造鋁硅合金，其特征在于它主要由以下質量百分比的組份組成：硅6.5～7.0%、石墨烯0.3～0.5%、鎂0.3～0.4%、鈰0.3～0.5%、鈦0.08～0.2%、其他雜質≤0.7%、余量為鋁，各組份之和為100%；其中，石墨烯用于提高鋁硅合金的強度和導電性，鈰用于改善鋁硅合金由于石墨烯的添加引起流動性不足而導致缺陷增多的問題；同時，這一鑄造鋁硅合金需配合使用如下的改進的熱處理工藝，首先進行加熱溫度為525±5℃、保溫時間為5～7h、用85～95℃水冷卻的固溶處理，然后進行加熱溫度為180±5℃、保溫時間8～10h、空冷的時效熱處理。

本發明的技術方案二是：