[發明專利]γ-Al2O3納米顆粒在制備變質高硅鋁合金中的用途

在審

• 申請號: 201910666968.0
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN110257676A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 王奎;呂勛;蔣海燕;余水金;余智成
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;福建泰達高新材料有限公司
• 主分類號: C22C21/04
• 分類號: C22C21/04;C22C1/02;C22C1/06
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 周一新

本發明屬于高硅鋁合金變質技術領域，具體涉及γ?Al₂O₃納米顆粒在制備變質高硅鋁合金中的用途，γ?Al₂O₃納米顆粒作為變質劑，其使用量為0.1at.％～5.0at.％，粒徑大小為20～50nm，高硅鋁合金由硅和鋁組成，硅的含量為20at.％～50at.％，余量為鋁；使用超聲震動γ?Al₂O₃納米顆粒，初晶硅的尺寸不僅變小，形貌也逐漸由不規則、長條狀、五瓣星型狀向塊狀轉化，而且共晶硅也得到明顯細化，由長針狀變為短棒狀和顆粒狀，初晶硅和共晶硅都達到變質效果，高硅鋁合金的強度和韌性得到極大提升，適用于大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于高硅鋁合金變質技術領域，具體涉及γ-Al₂O₃納米顆粒在制備變質高硅鋁合金中的用途。

背景技術

高硅鋁合金作為一種重要的輕質金屬結構材料，具有比重小、比強度高、熱膨脹系數低、尺寸穩定性好、耐磨、耐蝕等一系列優良性能，而且隨著合金中硅含量的提高，合金的密度降低，熱膨脹系數減小，加工及鑄造性能提高，因此高硅鋁合金特別適用于制造輕質、耐磨的結構零件，在航空、航天、汽車工業、船舶制造以及電子封裝等領域具有廣泛的應用前景。

目前國內外對高硅鋁合金變質處理的研究主要側重于物理變質和化學變質兩大方面。物理變質是指在合金的凝固過程中，利用快速凝固技術、超聲處理技術或電磁攪拌技術等物理手段對合金凝固組織進行控制來實現初晶硅的變質。物理變質往往是通過提高合金凝固時的冷卻速率，抑制硅原子的擴散，提高硅晶體的形核率從而細化初晶硅；抑或是，通過對熔體施加外力或物理場等，使已經長大的晶體破碎成為新的形核核心，從而增加熔體中有效晶核的數量，促進初晶硅的細化。目前工業中較多使用化學變質(含P、RE、Sr等中間合金)來提高高硅鋁合金的性能，能將原本粗大并且分布不均的塊狀或板片狀硅相轉變為在基體上均勻分布的細小的硅顆粒，使合金在保持基體良好韌性的同時，充分發揮硅相的強化作用。但是化學變質存在著諸多缺陷，首先變質元素之間的相互作者會弱化高硅鋁合金的變質效果，比如在高溫下Sr和P生成Sr₃P₂，其次隨著含P中間合金加入量的提高，初晶硅相的細化效果會趨于飽和，甚至會出現過變質的現象，高硅鋁合金變質處理的本質是通過控制硅晶體的形核和長大過程來調節硅晶體的尺寸和形貌。

今年來已經有人向過共晶鋁硅合金加入原位生成的TiB₂、Al₄C₃等顆粒，顆粒的加入既細化了初晶硅也變質了共晶硅，具有雙重效果。

發明內容

本發明的目的在于提供γ-Al₂O₃納米顆粒在制備變質高硅鋁合金中的用途，利用γ-Al₂O₃納米顆粒作為變質劑，在克服傳統化學變質的內在缺陷同時，改善高硅鋁合金的變質效果，為高硅鋁合金的變質處理提供新途徑。本發明使用超聲震動既可以分散納米顆粒，防止納米顆粒的團聚，又可以很好地改善納米顆粒和熔體的潤濕性。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

γ-Al₂O₃納米顆粒在制備變質高硅鋁合金中的用途，其中，所述γ-Al₂O₃納米顆粒作為變質劑，且其使用量為0.1at.％～5.0at.％。

優選地，所述γ-Al₂O₃納米顆粒的使用量以重量百分比計為0.5at.％～2.0at.％。

優選地，所述γ-Al₂O₃納米顆粒的粒徑大小為20～50nm。

優選地，所述高硅鋁合金由硅和鋁組成，且所述硅的含量為20at.％～50at.％，余量為鋁。