[發(fā)明專利]一種SiCp/Al-Si-Cu復(fù)合粉末材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110562641.6
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113278854B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海軍;宗福春;胡增武;臧立根;李作平;左李慶;劉永昌;苑高利;韓廣普;韓艷
• 申請（專利權(quán)）人: 河北新立中有色金屬集團(tuán)有限公司
• 主分類號: C22C21/04
• 分類號: C22C21/04;C22C29/06;C22C32/00;C22C1/10;B22F9/08;B22F1/065;C22C1/03
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

1.一種SiCp/Al-Si-Cu復(fù)合粉末材料，其特征在于，包括SiCp與Al-Si-Cu組分，Al-Si-Cu組分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括以下原料：Si：5.0～20.0％；Cu：0.2～6.0％；Mg：0.1～3.0％；Sb：0.01～0.20％；Zr：0.05～0.80％；Fe：0.20～0.80％；P：0.05～0.50％，余量為Al，SiCp與Al-Si-Cu組分的質(zhì)量比為(1:2)～(1:20)；

所述SiCp/Al-Si-Cu復(fù)合粉末材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)準(zhǔn)確稱量各原料，對SiCp粉末進(jìn)行預(yù)處理；

(2)SiCp/Al-Si-Cu界面結(jié)合：將各原料加入真空感應(yīng)熔煉爐中，在惰性氣體保護(hù)下，控制熔體熔煉、攪拌、加料方式和順序，實(shí)現(xiàn)SiCp/Al-Si-Cu界面結(jié)合；

(3)粉末制備：在真空惰性氣體保護(hù)下，對熔體過熱度、霧化氣體壓力、流速進(jìn)行控制，制備SiCp/Al-Si-Cu復(fù)合粉末；

步驟(1)所述SiC粉末預(yù)處理過程為：采用超聲波微熱化學(xué)清洗和雙級干燥工藝對SiCp粉末進(jìn)行預(yù)處理，清洗污染物，改善SiCp與鋁合金熔體的潤濕性，具體步驟為：將10～150μm的國標(biāo)碳化硅粉末加入裝有丙酮的容器中，超聲清洗，清洗時間10～40min，加熱溫度45～55℃，振動頻率10～50kHz ，再用蒸餾水清洗，干燥；

所述干燥過程包括以下步驟：首先在52～70℃干燥，保溫30～70min，之后在200～400℃干燥，保溫40～120min；

步驟(2)中加料順序：采用真空感應(yīng)熔煉，首先將不含Sb、Mg、P、Zr元素的Al-Si-Cu合金錠放入熔煉室內(nèi)熔化，熔化溫度660～800℃且熔畢時間不超過120min，熔畢后加入Al-Sb中間合金、Al-Zr中間合金、高純鎂，對共晶硅變質(zhì)，細(xì)化晶粒，且提高兩者的潤濕性結(jié)合，再加入Al-P中間合金，對初晶硅變質(zhì)，最后加入SiCp；

加料溫度和方式：首先一次性加入Al-Si-Cu合金錠；然后通過自動機(jī)械加料裝置先后加入Al-Sb中間合金、Al-Zr中間合金、高純鎂，加入溫度均為700～800℃，高純鎂由機(jī)械裝置加入至熔體液面以下100～300mm，并靜置2～5min，保證高純鎂熔畢；然后加入Al-P中間合金，加入溫度為750～830℃，靜置2～20min后除去熔體表面夾渣，降溫保溫；最后加入SiCp，加入溫度為580～700℃；將SiCp通過氮化硅材質(zhì)的導(dǎo)料管使用惰性氣體載體送至熔體中下部進(jìn)行加料，氣體壓力：0-1MPa ，加料時間：1-30min，導(dǎo)管噴嘴大小：0.5-30mm；

攪拌方式：通過中頻感應(yīng)爐磁化方式合金元素進(jìn)行流動、擴(kuò)散，同時攪動熔體，爐料全部加入后，進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌裝置由氮化硅材質(zhì)構(gòu)成，下部由4個與軸線成5～20°角度的“L”型攪拌葉片組成，邊攪拌邊升溫，最終實(shí)現(xiàn)SiCp的均勻分散；攪拌后，靜置，攪拌速度為500～2500r/min，攪拌時間為5～40min，攪拌后靜置2～30min，釋放氣泡和夾雜物，

步驟(3)粉末制備過程中：熔體過熱度為50～300℃；液流股直徑為1～10mm；霧化介質(zhì)為氮?dú)狻鍤饣蚝猓徽婵斩葹?.1～300Pa；霧化氣體壓力為0.1～8MPa ；霧化氣體流量為500～2500m³/h；氣體流速為0.5～10馬赫。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiCp/Al-Si-Cu復(fù)合粉末材料，其特征在于，復(fù)合粉末粒度區(qū)間：0.5～300μm，氧含量≤0.10％，松裝密度≥1.4g/cm³，振實(shí)密度≥1.6g/cm³。

3.一種權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述的SiCp/Al-Si-Cu復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)準(zhǔn)確稱量各原料，對SiCp粉末進(jìn)行預(yù)處理；

(2)SiCp/Al-Si-Cu界面結(jié)合：將各原料加入真空感應(yīng)熔煉爐中，在惰性氣體保護(hù)下，控制熔體熔煉、攪拌、加料方式和順序，實(shí)現(xiàn)SiCp/Al-Si-Cu界面結(jié)合；

(3)粉末制備：在真空惰性氣體保護(hù)下，對熔體過熱度、霧化氣體壓力、流速進(jìn)行控制，制備SiCp/Al-Si-Cu復(fù)合粉末；

步驟(1)所述SiC粉末預(yù)處理過程為：采用超聲波微熱化學(xué)清洗和雙級干燥工藝對SiCp粉末進(jìn)行預(yù)處理，清洗污染物，改善SiCp與鋁合金熔體的潤濕性，具體步驟為：將10～150μm的國標(biāo)碳化硅粉末加入裝有丙酮的容器中，超聲清洗，清洗時間10～40min，加熱溫度45～55℃，振動頻率10～50kHz ，再用蒸餾水清洗，干燥；

所述干燥過程包括以下步驟：首先在52～70℃干燥，保溫30～70min，之后在200～400℃干燥，保溫40～120min；

步驟(2)中加料順序：采用真空感應(yīng)熔煉，首先將不含Sb、Mg、P、Zr元素的Al-Si-Cu合金錠放入熔煉室內(nèi)熔化，熔化溫度660～800℃且熔畢時間不超過120min，熔畢后加入Al-Sb中間合金、Al-Zr中間合金、高純鎂，對共晶硅變質(zhì)，細(xì)化晶粒，且提高兩者的潤濕性結(jié)合，再加入Al-P中間合金，對初晶硅變質(zhì)，最后加入SiCp；

加料溫度和方式：首先一次性加入Al-Si-Cu合金錠；然后通過自動機(jī)械加料裝置先后加入Al-Sb中間合金、Al-Zr中間合金、高純鎂，加入溫度均為700～800℃，高純鎂由機(jī)械裝置加入至熔體液面以下100～300mm，并靜置2～5min，保證高純鎂熔畢；然后加入Al-P中間合金，加入溫度為750～830℃，靜置2～20min后除去熔體表面夾渣，降溫保溫；最后加入SiCp，加入溫度為580～700℃；將SiCp通過氮化硅材質(zhì)的導(dǎo)料管使用惰性氣體載體送至熔體中下部進(jìn)行加料，氣體壓力：0-1MPa ，加料時間：1-30min，導(dǎo)管噴嘴大小：0.5-30mm；

攪拌方式：通過中頻感應(yīng)爐磁化方式合金元素進(jìn)行流動、擴(kuò)散，同時攪動熔體，爐料全部加入后，進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌裝置由氮化硅材質(zhì)構(gòu)成，下部由4個與軸線成5～20°角度的“L”型攪拌葉片組成，邊攪拌邊升溫，最終實(shí)現(xiàn)SiCp的均勻分散；攪拌后，靜置，攪拌速度為500～2500r/min，攪拌時間為5～40min，攪拌后靜置2～30min，釋放氣泡和夾雜物，

步驟(3)粉末制備過程中：熔體過熱度為50～300℃；液流股直徑為1～10mm；霧化介質(zhì)為氮?dú)狻鍤饣蚝猓徽婵斩葹?.1～300Pa；霧化氣體壓力為0.1～8MPa ；霧化氣體流量為500～2500m³/h；氣體流速為0.5～10馬赫。