[發明專利]耐熱高強Al-Si系合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202210397222.6
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114737092B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 劉相法;李道秀;韓夢霞;劉思達;孫謙謙;劉桂亮
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東邁奧晶新材料有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C32/00;C22C1/03
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 包國菊;金光軍

本發明提供一種耐熱高強Al?Si系合金及其制備方法。所述Al?Si系合金包括Al基體、Si、SiC粒子和C摻雜型TiB₂粒子，基于100wt％的所述Al?Si系合金，Si的含量為8.0wt％?18.0wt％，所述C摻雜型TiB₂粒子具有TiB₂的晶體結構且摻雜有微量C元素，所述C摻雜型TiB₂粒子中C的質量百分比為0.2wt％?5wt％。根據本發明的Al?Si系合金可具有改善的強度和耐熱性能。

技術領域

本發明涉及金屬材料領域，特別涉及一種耐熱高強Al-Si系合金及其制備方法。

背景技術

鑄造Al-Si系合金由于具有密度低、耐磨性好、體積穩定性、鑄造性能和組織致密性好等優勢，已成為汽缸、活塞等發動機關鍵零部件制造的首選材料，以德國馬勒(Mahle)公司開發的Mahle124、Mahle142、Mahle174+等牌號合金為典型代表。隨著輕量化發展、節能減排、硬排放標準等要求越來越高，引導發動機制造業向高速、高功率密度和高緊湊方向發展，高功率密度主要通過提高發動機轉速和燃燒室爆發壓力來實現，這使得發動機核心零部件(如活塞)承受的機械負荷、熱負荷和摩擦副間的磨損量大幅增加。因此，對材料的高溫力學性能提出越來越高的要求。

傳統Al-Si系多元合金在凝固過程中析出的金屬間化合物耐熱相，在基體中呈半封閉網狀分布，但難以形成封閉構型，且其構型調控十分困難，高溫強化作用有限。而且，組織中脆性的Si相屬于高溫變形的薄弱環節，是疲勞裂紋萌生和斷裂的重要根源。此外，由于Si致細化“中毒”而難以采用傳統細化劑來有效細化基體晶粒，使鋁基體晶粒枝晶發達。

因而，傳統耐熱Al-Si系合金難以滿足發動機越來越苛刻的服役環境對材料高溫力學性能的越來越高的要求。

發明內容

為了解決以上描述的至少一個技術問題，本發明提供一種耐熱高強Al-Si 系合金及其制備方法。

本發明的目的在于通過改善金屬間化合物耐熱相的構型、改善Si相的形貌、和/或改善鋁基體的晶粒形貌，提供一種具有改善的強度和耐熱性能的 Al-Si系合金材料及其制備方法。

根據本發明的一方面，提供一種Al-Si系合金，所述Al-Si系合金包括 Al基體、Si、SiC粒子和C摻雜型TiB₂粒子，基于100wt％的所述Al-Si系合金，Si的含量為8.0wt％-18.0wt％，所述C摻雜型TiB₂粒子具有TiB₂的晶體結構且摻雜有微量C元素，所述C摻雜型TiB₂粒子中C的質量百分比為 0.2wt％-5wt％。

可選地，所述SiC粒子在所述Al基體中呈微骨架構型。

可選地，所述微骨架構型包括鏈狀微骨架構型、枝狀微骨架構型、網狀微骨架構型中的至少一種。

可選地，所述C摻雜型TiB₂粒子中的一部分與SiC粒子協同形成所述微骨架構型，所述C摻雜型TiB₂粒子中的另一部分彌散分布。

可選地，所述SiC粒子和所述C摻雜型TiB₂粒子的尺寸為微米級和/或納米級。

可選地，所述SiC粒子和所述C摻雜型TiB₂粒子為原位生成。

可選地，所述Al-Si系合金還可包括Cu、Ni、Mg、Fe、Mn、Cr、V、Zr 中的至少一種。其中，基于100wt％的所述Al-Si系合金，Cu的含量為 1.0wt％-6.0wt％，Ni的含量為0.5wt％-3.5wt％，Mg的含量為0.5wt％-2.0wt％， Fe的含量小于等于1.5wt％，Mn的含量小于等于1.0wt％，V的含量小于等于 1.0wt％，Cr的含量小于等于0.8wt％，Zr的含量小于等于0.5wt％。