一种采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料及变质方法技术

技术编号:20351836 阅读:20 留言:0更新日期:2019-02-16 12:14
本发明专利技术公开了一种采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料及变质方法,该复合材料中增强相Al2O3与过共晶Al‑Si合金的质量比为0.0012~0.0035:1;制法为首先对SrCO3进行预处理,将过共晶Al‑Si合金熔融后,加入SrCO3搅拌、反应10~20min,制得混合熔体,将混合熔体浇注成锭后,冷却至室温,即可。本发明专利技术的复合材料中生成Al2O3增强相,合金硬度由99HV增加到134.9HV(增加了9.2%~36.2%),过共晶Al‑Si合金中初晶Si尺寸由45μm细化到32μm,共晶Si由粗大的针片状变质为细小的纤维状,且变质工艺简单,操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料及变质方法
本专利技术属于合金制造领域,尤其涉及一种采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料及变质方法。
技术介绍
Al-Si合金具有密度小、强度高、铸造成形性好、资源丰富等优点,广泛应用于航空、航天及汽车制造等领域。随着Si含量的增加,Al-Si合金中共晶体增加,虽然铸造性能得到改善,但过共晶Al-Si合金组织中会出现粗大的板片状共晶Si,还会出现粗大的多角形块状或板状初晶Si,严重地损害了材料的性能。细化共晶Si和初晶Si,改变其形状和分布,减小其对基体的削弱作用,是提高Al-Si合金性能的关键。目前细化Al-Si的方法主要有变质处理法、振动变质法、悬浮铸造法、快速凝固法等。工业上主要采用变质处理法,但该法存在变质剂加入量需要严格控制、工艺较复杂以及环境污染等问题。自从1921年Pacz发现Na对铝硅共晶组织有变质作用,能够明显提高铸件的力学性能以后,多年来,Na以变质能力强等特点广泛应用于实际生产中。然而,Na变质存在以下不足:易衰退、吸收率低、易腐蚀工具和设备;Na密度低,容易产生比重偏析;Na的沸点低(880℃),性质活泼,处理时将引起铝液的沸腾和飞溅。因此寻找经济、高效、环保的变质方法是获得优质铝合金铸造部件的关键技术之一。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术的第一目的是提供一种采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料,该复合材料生成Al2O3增强相,提高了复合材料的硬度,有效细化了初晶Si的晶粒尺寸和改变共晶Si的晶粒形状。本专利技术的第二目的是提供该复合材料的变质方法。技术方案:本专利技术采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料,该复合材料中增强相Al2O3与过共晶Al-Si合金的质量比为0.0012~0.0035:1。优选的,增强相Al2O3与过共晶Al-Si合金的质量比可为0.0023~0.0035:1。采用SrCO3变质过共晶铝硅复合材料的方法,包括如下步骤:(1)对SrCO3进行预处理,将过共晶Al-Si合金熔融后,加入预处理后的SrCO3搅拌、反应10~20min,制得混合熔体,其中SrCO3的加入量与过共晶Al-Si合金的质量比为0.005~0.015:1。(2)将混合熔体浇注成锭后,冷却至室温,即可。本专利技术通过采用SrCO3变质过共晶铝硅复合材料,碳酸锶吸附在硅的生长台阶上,阻碍硅以台阶生长机制长成片状,且碳酸锶的原子在硅相表面的吸附改变了硅原子的堆积次序,从而在硅晶体中造成大量孪晶的产生,共晶硅相转而以孪晶凹谷机制生长,进而能够将过共晶Al-Si合金中初晶Si尺寸由45μm细化到32μm,共晶Si由粗大的针片状变质为细小的纤维状,且碳酸锶和SrCO3与Al反应生成Al2O3增强相,进一步提高了过共晶铝硅合金的硬度,合金硬度由99HV增加到134.9HV(增加了9.2%~36.2%),工艺简单,操作方便。进一步说,步骤(1)中,对SrCO3进行预处理是采用铝箔纸包裹SrCO3粉末。将过共晶Al-Si合金熔融是升温至720~760℃保温反应10~15min。将过共晶Al-Si合金熔融后升温至810~850℃,加入预处理后的SrCO3搅拌3~5min。优选的,SrCO3的加入量与过共晶Al-Si合金的质量比可为0.01~0.015:1。反应时间可为10~20min。更进一步说,步骤(2)中,浇注成锭时采用已预热至250~300℃的模具。有益效果:与现有技术相比,本专利技术的显著优点为:通过采用SrCO3对过共晶Al-Si合金进行变质制备的复合材料,不仅能够将过共晶Al-Si合金中初晶Si尺寸由45μm细化到32μm,共晶Si由粗大的针片状变质为细小的纤维状,且SrCO3与Al反应生成Al2O3增强相,提高了过共晶铝硅合金的硬度;同时其工艺简单,操作方便;此外,在加入SrCO3粉进行变质反应时,采用铝箔纸包裹SrCO3粉,与基体成分相同,能够实现对初晶Si和共晶Si的变质,又可避免引入其他杂质。附图说明图1是现有的A390过共晶Al-Si合金显微组织图;图2是实例1变质后过共晶Al-Si合金显微组织图;图3是实例2变质后过共晶Al-Si合金显微组织图;图4是实例3变质后过共晶Al-Si合金显微组织图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。本专利技术采用的原料均购自市售。过共晶铝硅合金为A390过共晶铝硅合金。实施例1该复合材料中SrCO3与Al反应生成Al2O3增强相与过共晶Al-Si合金的质量比为0.0012:1。采用SrCO3进行变质的方法包括如下步骤:(1)变质剂预处理:选用SrCO3粉末作为变质剂,用铝箔纸包裹SrCO3粉末后,在200℃条件下进行干燥处理后待用;(2)将A390过共晶铝硅合金放入电阻炉熔融,升温至750℃,使其熔融,保温静置10min,再升温至810℃;(3)将步骤(1)的SrCO3粉末加入到步骤(2)的A390过共晶铝硅合金熔体中,并搅拌3min至均匀,在810℃条件下保温反应10min后,制得混合熔体;其中,SrCO3粉末的加入量与A390过共晶铝硅合金的质量比为0.005:1;(4)将步骤(3)所制得的混合熔体浇铸到已预热至250℃的金属模具中,制得合金铸锭,待其冷却至室温即可。实施例2该复合材料中SrCO3与Al反应生成Al2O3增强相与过共晶Al-Si合金的质量比为0.0023:1。采用SrCO3进行变质的方法包括如下步骤:(1)变质剂预处理:选用SrCO3粉末作为变质剂,用铝箔纸包裹SrCO3粉末后,在250℃条件下进行干燥处理后待用;(2)将A390过共晶铝硅合金放入电阻炉熔融,升温至760℃,使其熔融,保温静置15min,再升温至820℃;(3)将步骤(1)的SrCO3粉末加入到步骤(2)的A390过共晶铝硅合金熔体中,并搅拌3min至均匀,在820℃条件下保温反应10min后,制得混合熔体;其中,SrCO3粉末的加入量与A390过共晶铝硅合金的质量比为0.01:1;(4)将步骤(3)所制得的混合熔体浇铸到已预热至300℃的金属模具中,制得合金铸锭,待其冷却至室温即可。实施例3该复合材料中SrCO3与Al反应生成Al2O3增强相与过共晶Al-Si合金的质量比为0.0035:1。采用SrCO3进行变质的方法包括如下步骤:(1)变质剂预处理:选用SrCO3粉末作为变质剂,用铝箔纸包裹SrCO3粉末后,在300℃条件下进行干燥处理后待用;(2)将A390过共晶铝硅合金放入电阻炉熔融,升温至760℃,使其熔融,保温静置10min,再升温至840℃;(3)将步骤(1)的SrCO3粉末加入到步骤(2)的A390过共晶铝硅合金熔体中,并搅拌3min至均匀,在840℃条件下保温反应20min后,制得混合熔体;其中,SrCO3粉末的加入量与A390过共晶铝硅合金的质量比为0.015:1;(4)将步骤(3)所制得的混合熔体浇铸到已预热至300℃的金属模具中,制得合金铸锭,待其冷却至室温即可。性能检测将上述实施例1至实施例3采用的现有的A390过共晶铝硅合金进行结构表征,获得的结果如图1所示。同时将实施例1至实施例3制备的变质A390过共晶铝硅合金进行结构表征,获得的结果如图2至图4所示,其表征结果如表1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料,其特征在于:该复合材料中增强相Al2O3与过共晶Al‑Si合金的质量比为0.0012~0.0035:1。

【技术特征摘要】
1.一种采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料,其特征在于:该复合材料中增强相Al2O3与过共晶Al-Si合金的质量比为0.0012~0.0035:1。2.根据权利要求1所述的采用SrCO3变质的过共晶铝硅复合材料,其特征在于:所述增强相Al2O3与过共晶Al-Si合金的质量比为0.0023~0.0035:1。3.权利要求1所述的过共晶铝硅复合材料的变质方法,其特征在于包括如下步骤:(1)对SrCO3进行预处理,将过共晶Al-Si合金熔融后,加入预处理后的SrCO3搅拌、反应10~20min,制得混合熔体,其中SrCO3的加入量与过共晶Al-Si合金的质量比为0.005~0.015:1。(2)将混合熔体浇注成锭后,冷却至室温,即可。4.根据权利要求3所述的过共晶铝硅复合材料的变质方法,其特征在于:步骤(1)中,所述对SrCO3进行预处理...

【专利技术属性】
技术研发人员:程朝霞张静孙驰驰徐豫庞周怡王媛媛王逸飞
申请(专利权)人:江苏科技大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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