[發明專利]一種Al-Si合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011072743.1
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112126827B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 李潤霞;郝建飛;卞健從;陳斌;姜雄華;于寶義
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/02;C22F1/043
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 任霜

本發明提供了一種Al?Si合金及其制備方法和應用，屬于鋁合金材料技術領域。本發明提供的Al?Si合金，按質量百分含量計，包括Si 14～22％，Cu 2～5％，Mg 0.5～2.2％，Zr 0.15～0.25％，La 0.1～0.5％，Er 0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量為Al和不可避免的雜質，所述不可避免的雜質中，每種雜質的含量均低于0.01％。本發明通過在合金中加入少量的Zr以及復合稀土La和Er，同時控制合金中Si、Cu和Mg的含量，可以改善Si相形貌，細化晶粒，且合金組織均勻，具有較高的強度和較好的耐磨性。

技術領域

本發明涉及鋁合金材料技術領域，具體涉及一種Al-Si合金及其制備方法和應用。

背景技術

鑄造Al-Si合金是鑄造鋁合金中最重要的一個系列，由于其密度小、比強度高，同時具有優異的鑄造性能、耐蝕性能、耐磨損性能、可焊性及熱膨脹性，廣泛地應用于航空航天、汽車、機械等行業，用來生產形狀復雜、薄壁、耐蝕、氣密性要求高、承受中高靜載荷或沖擊載荷、要求在較高溫度下工作的大、中、小型鑄件。例如現有技術中汽車發動機等部件，通常采用過共晶Al-Si合金進行壓鑄成形，但是現有合金成分制備的發動機部件在強度和耐磨性等方面均有一定的局限性。在過共晶Al-Si合金中加入少量的Cu元素和Mg元素，在合金中形成Al₂Cu、Mg₂Si以及Al-Si-Cu-Mg等強化相，可以在一定程度上提高合金的強度，但是由于合金中Si含量較高，成形后會在基體中形成粗大的塊狀Si相和纖維狀的共晶Si相，對基體有較大的割裂作用，合金的強度和耐磨性有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Al-Si合金及其制備方法和應用，本發明提供的合金具有較高的強度和較好的耐磨性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種Al-Si合金，按質量百分含量計，包括Si 14～22％，Cu 2～5％，Mg 0.5～2.2％，Zr 0.15～0.25％，La 0.1～0.5％，Er 0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量為Al和不可避免的雜質，所述不可避免的雜質中，每種雜質的含量均低于0.01％。

優選地，包括Si 15.5～18％，Cu2.5～4.5％，Mg 0.5～1.8％，Zr 0.18～0.22％，La 0.1～0.3％，Er 0.1～0.2％，Mn 0.15～0.2％，Fe 0.1～0.15％，余量為Al和不可避免的雜質。

本發明提供了上述技術方案所述Al-Si合金的制備方法，包括以下步驟：

按Al-Si合金的成分將制備原料進行熔煉，得到合金液；

將所述合金液進行精煉，得到精煉液；

在超聲/電磁復合場作用下，基于半連續鑄造工藝將所述精煉液進行成形處理，得到Al-Si合金。

優選地，所述制備原料包括純鋁錠和中間合金；

所述熔煉包括：將純鋁錠進行第一熔煉，待部分純鋁錠熔化后，加入所述中間合金進行第二熔煉；所述第一熔煉的溫度為720～770℃，時間為1～5h，所述第二熔煉的溫度為700～760℃，時間為1～4h；所述部分純鋁錠占純鋁錠總質量的45～65％。

優選地，所述精煉為噴粉精煉，所述噴粉精煉的操作參數包括：除氣機的旋轉速度為100～140rpm，進口壓力為0.2～0.6MPa，出粉量為1～3.5kg/min，精煉時間為10～40min。

優選地，所述成形處理的操作參數包括：澆鑄溫度為680～720℃，超聲功率為300～360W，超聲頻率為15～20kHz，電磁頻率為20～30kHz，電磁強度為120～150A；引錠時冷卻水壓力為200～250m³/h，引錠速度為100～180mm/min。