[發明專利]一種微合金化耐高溫鋁合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201711332774.4
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN109913704A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 張立民
• 申請（專利權）人: 青島安格科技有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種微合金化耐高溫鋁合金及其制備方法，屬于金屬材料領域。本發明將微量Sc、V、Nb、Mo、TiB₂、Al₂O₃加入鋁硅鎂合金基體中，通過TiB₂、Al₂O₃顆粒的異質形核核心作用，得到細小金屬間化合物的同時并使其均勻分布于α?Al晶粒，從而提高合金的高溫強度，包括以下步驟：加入鋁硅鎂合金錠全部熔化后覆蓋熔體；加入TiB₂、Al₂O₃其中的一種或兩種后保溫；加入元素Sc、V、Nb、Mo其中的兩種或幾種后保溫；鋁合金熔體經精煉后便可澆注成錠坯或零部件，冷卻后便可耐高溫鋁合金。與其它工藝相比，本發明采用無銅或低銅的鋁硅鎂合金作為基體，通過引入微量TiB₂、Al₂O₃顆粒作為Al與Sc、V、Nb、Mo形成二元、三元或四元金屬間化合物及α?Al的形核核心作用，實現金屬間化合物在基體中的均勻分布，解決了α?Al初晶在高溫下易變形的問題，從而制備出具有耐高溫性能優良的鋁合金材料。

技術領域

本發明涉及一種用于金屬材料領域的耐高溫鋁合金制備技術，特別是一種微合金化高性能鋁合金的制備方法。

背景技術

鋁合金因其特有的低密度、高強度、耐腐蝕、易成型、可加工等特點，已成為交通領域實現節能減排的首選材料。現有的耐高溫鋁合金主要以鋁硅合金為基體，通過加入銅、鎳等耐高溫元素，形成Mg₂Si、Al₂Cu晶內析出相及Al₂CuMg、Al₆Cu₃Ni晶界析出相作為耐高溫相以提高鋁合金的高溫強度。其中，銅的含量要大于3wt%以滿足耐高溫的需求。然而，過高的銅含量對于高溫零部件的生產及使用過程會帶來不利影響：其一是使零件具有高的熱裂敏感性，增加了零部件制備難度及服役過程的穩定性；其二是由于銅的密度(8.9g/cm³)遠遠大于鋁(2.7g/cm³)，在制備過程中容易造成鋁合金在熔煉及凝固過程的成分偏析，同時增加了材料的比重。基于鋁合金高溫性能增強機理，耐高溫鋁合金的微觀組織必須同時具備晶界高溫強度及α-Al的耐高溫強度，晶界的高溫強度可以通過第二相增強體顆粒、共晶硅強化來實現。但對于α-Al的耐高溫強度，除了Mg₂Si、Al₂Cu析出相以外目前還沒有很好的解決辦法，但這兩種析出相只能在低于200℃以下使用。在高于這個溫度時，這些析出相會隨著零部件在高溫保持時間而快速長大，從而失去合金的耐高溫作用。

經文獻檢索發現，一種含Zr高強度耐熱鋁合金材料（CN102828081A），報道了通過高銅（9-10%）和稀土元素（3.2-4.8%）來共同提高合金的高溫強度，在320℃時合金的高溫強度在250-290MPa。合金中高的銅含量增強了零部件的鑄造難度及高的稀土含量增加了零部件的制造成本。高強耐熱鋁合金（CN1718808A）報道了含硅6.5-17.5%、銅2.5-5.0%、鎳1.0-3.0%、鎘0.1-0.6%等的鋁合金，其在350℃的高溫強度為80-160MPa。該合金除含有較高的銅外，還有一定量的鎘。目前，還未檢索到有關低銅含量耐高溫鋁合金的研究報道。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中的上述不足，提供一種微合金化耐高溫鋁合金制備方法。

微合金化是在鋁合金中加入微量的合金化元素，利用鋁與微量元素間的相互作用形成尺寸細小、具有高溫穩定性的金屬間化合物，通過其在α-Al中的彌散分布實現增強鋁合金高溫強度的目的。

本發明將微量Sc、V、Nb、Mo、TiB₂、Al₂O₃加入鋁硅鎂合金基體中，通過TiB₂、Al₂O₃顆粒的異質形核作用，得到細小金屬間化合物的同時并使其均勻分布于α-Al晶粒，從而提高合金的高溫強度，包括以下步驟：