[發明專利]一種基于元素粉末液相反應燒結制備Al-xwt.%Si合金半固態坯料的方法

在審

• 申請號: 202110535830.4
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN115369275A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 胡連喜;劉文超;孫宇;申景園;姜巨福
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王芳

本發明公開了一種基于元素粉末液相反應燒結制備Al?xwt.％Si合金半固態坯料的方法，屬于半固態合金坯料制備技術領域。本發明解決了現有半固態坯料制備方法工藝繁瑣、過程復雜、能耗高和所制備坯料的組織不均勻、液相不可控等問題。本發明提供的方法包括以下步驟：(1)將Al、Si元素粉末混合均勻，然后進行冷壓處理，獲得混合粉末冷壓坯；(2)將混合粉末冷壓坯進行液相反應燒結處理，獲得Al?xwt.％Si半固態坯料。本發明具有工藝簡單、能耗低、獲得的半固態組織均勻等優點，還可通過反應溫度和時間調控Al?Si合金半固態坯料的組織和液相含量，使其滿足半固態生產的要求。

技術領域

本發明涉及一種基于元素粉末液相反應燒結制備Al-xwt.％Si合金半固態坯料的方法，屬于半固態合金坯料制備技術領域。

背景技術

Al-xwt.％Si合金具有密度低、比強度高、導熱性以及耐磨性能好等優點，因此常用于電子器件外殼和汽車零部件的生產。常采用半固態技術對Al-xwt.％Si合金進行近凈成形，從而制備出具有良好力學物理性能的形狀復雜零件。

半固態成形的關鍵在于制備出等軸固相顆粒均勻分散在液相中的坯料。現有 Al-xwt.％Si合金半固態坯料的制備方法主要為電磁攪拌法、超聲振動法和冷卻斜坡法。但這些方法需要先熔煉制備液相合金，然后將液相合金冷卻至固-液區進行半固態處理，因此所制備的半固態坯料具有液相含量高、固相球形度差等局限。應變誘導熔化激活法制備半固態坯料，需要經過合金制備、大塑性變形和半固態等溫處理等過程，存在工藝繁瑣復雜、能耗高等問題。此外，由于Al-Si合金的導熱性、耐磨性和尺寸穩定性會隨著合金中 Si含量的增加而增加，實際應用中主要會用到共晶成分附近的半固態坯料，但是，對于共晶成分附近的Al-10～12wt.％Si合金，由于其不存在固-液相共存溫度區間或該溫度區間極窄，因此無法通過傳統的方法制備該合金的半固態坯料。

粉末液相燒結技術是一種固相和液相共存的粉末燒結技術，液相燒結時的材料組織由低熔點液相和高熔點固相組成，符合半固態加工技術對坯料的要求。常規液相燒結工藝的主要特點：粉末體中的低熔點粉末組元在其熔點以上溫度(低于高熔點粉末組元的熔點) 熔化。這種方法制備半固態坯料，是利用低熔點組元完全熔化充當液相，低熔點組元熔化形成液相時，與高熔點固相組元不發生反應。但是，由于純金屬的熔化-凝固溫度均為熔點，不存在半固態溫度區間，因此在熔化過程中難以準確控制其熔化量，即液相含量難以控制，這給半固態組織調控帶來極大困難。因此，提供一種可以通過控制反應過程來精確控制坯料的液相含量和微觀組織的Al-xwt.％Si合金半固態坯料制備方法是十分必要的。

發明內容

本發明為了解決現有半固態坯料制備技術過程復雜、工藝繁瑣、能耗高、液相含量不可控、固相顆粒球形度差以及共晶點附近成分合金難以制備半固態坯料等問題，提供一種基于元素粉末液相反應燒結制備Al-xwt.％Si合金半固態坯料的方法。

本發明的技術方案：

一種基于元素粉末液相反應燒結制備Al-xwt.％Si合金半固態坯料的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，混合粉末冷壓坯的制備；

根據Al-xwt.％Si合金成分設計要求，取一定比例的Al、Si元素粉末放入混粉器中，并將其混合均勻，然后進行冷壓處理，獲得混合粉末冷壓坯；

步驟2，將步驟1獲得的混合粉末冷壓坯置于加熱裝置中進行液相反應燒結處理，獲得Al-xwt.％Si半固態坯料。

進一步限定，x為4～12。

進一步限定，Al元素粉末的平均粒徑為30～150μm，Si元素粉末的粒徑不大于10μm。

進一步限定，冷壓處理方式為冷等靜壓或機械模壓。

更進一步限定，冷壓處理壓力為150～800MPa。