[發明專利]一種稀土金屬摻雜的復合變質劑及其制備方法、Al-Si鑄造鋁合金的制備方法

有效

• 申請號: 202110402171.7
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113088732B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 宋東福;黃石平;賈義旺;鄒海平;黎德麗
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院材料與加工研究所;江西虔悅新材料有限公司
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/04
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 馮潔

本發明公開了一種稀土金屬摻雜的復合變質劑及其制備方法、Al?Si鑄造鋁合金的制備方法，涉及鑄造鋁合金技術領域；該變質劑包括按照質量百分比計的Sr8.5?10.5％，RE12％?20％，雜質元素≤0.30％，余量為Al，RE為La、Ce中的一種或兩種；且該方法包括依次進行的冶金步驟、霧化制粉步驟以及冷壓步驟。該方法針對該配方的復合變質劑，采用冶金、霧化制粉和冷壓的方法相結合的方式，可制備得到高Sr、RE含量的Al?Sr?RE復合變質劑，且變質劑中含有晶粒細小、且分布均勻的Al?Sr?RE金屬粉末，相較傳統Sr變質劑而言具有變質時的添加量更低，孕育時間短、時效時間長、可重熔的優點。

技術領域

本發明涉及鑄造鋁合金技術領域，具體而言，涉及一種稀土金屬摻雜的復合變質劑及其制備方法、Al-Si鑄造鋁合金的制備方法。

背景技術

Al-Si系列鑄造鋁合金具有優良的流動性、低的熱膨脹和收縮率、良好的焊接性和耐蝕性等特性，廣泛應用于汽車、電子、通訊等領域。但較低的塑性限制了Al-Si系列合金在汽車關鍵結構件中的應用。

在Al-Si系列合金的制造過程中，Si在富鋁側與Al形成的二元共晶，Al-Si合金良好的流動性，并隨著Si含量的增加呈現先增加后降低的趨勢。由于Si幾乎不溶于Al，且彈性模量高出Al基體兩倍多，形成的Si相成為了合金斷裂的主要裂紋源。此外，Si相的體積分數隨著Si含量的增加而成線性增大，其形態、尺寸和分布顯著影響了合金的塑性。如未變質的A356鋁合金，重力鑄造后Si相呈狹長的針片狀，其伸長率僅為3-4％；而Si經過Sr變質后，共晶硅轉變成細小的纖維狀，鑄件的塑性提高至6-8％，提高約1倍。因此，變質Si是改善Al-Si鑄造鋁合金塑性的有效方法之一。

Sr是最為常見的共晶硅變質劑，當熔體中Sr含量為0.02～0.05％時變質效果最佳。但由于Sr的化學性質活潑，易氧化燒損，Sr含量隨保溫時間逐漸減少，嚴重影響Sr變質的時效性和重熔性；此外，Sr易吸氣，引起氣孔、疏松等鑄造缺陷傾向增大，顯著降低合金性能。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種稀土金屬摻雜的復合變質劑的制備方法，其制備得到的復合變質劑具有低成本、高效率、時效時間長、可重熔的優點。

本發明的目的之二在于提供一種Al-Si鑄造鋁合金的制備方法，其采用上述的復合變質劑制備得到，具有合金塑性優異的優點。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種稀土金屬摻雜的復合變質劑的制備方法，稀土金屬摻雜的復合變質劑包括按照質量百分比計的Sr8.5-10.5％，RE12％-20％，雜質元素≤0.30％，余量為Al，RE為La、Ce中的一種或兩種；

稀土金屬摻雜的復合變質劑的制備方法包括依次進行的冶金步驟和霧化制粉步驟；其中，冶金步驟包括將鋁料和含Sr和RE的原料進行熔化后得到熔體；霧化制粉步驟包括將熔體霧化成均勻分布的Al-Sr-RE金屬粉末，且金屬粉末含有Al₄(SrRE)相和Al₁₁RE₃相。

在可選的實施方式中，冶金步驟具體包括升溫至750-800℃將鋁料完全熔化后，加入占熔體質量的0.02％的覆蓋劑，并將含Sr和RE的原料壓入熔體。

在可選的實施方式中，霧化制粉步驟包括升溫至900～1000℃使得含Sr和RE的原料熔化后取樣測試成分，并在熔體中通入高純氬氣5-15min，隨后在氮氣保護下將熔體霧化成金屬粉末。

在可選的實施方式中，在霧化制粉步驟中，霧化壓力為2～3MPa，以使熔體在10³～10⁴℃/s的冷卻速度下快速凝固并得到均勻分布的金屬粉末。