本发明专利技术公开了一种制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法，包括以下步骤：以纳米级的SiC为颗粒增强体，经过超高温氧化处理后，再采用纳米磁控溅射设备，将高纯金属Ti均匀的包裹在氧化处理后的SiC颗粒表面；采用高纯重稀土变质和连续超声辅助熔炼，进一步提高铸造质量。本发明专利技术采用自主研发电阻炉支架为辅助设备，使得SiC颗粒处于悬浮状态就得以浇注。此制备方法简单、成本较低，生产周期短，绿色无毒且铸件具有较高的性能，产业化前景良好。
【技术实现步骤摘要】
一种制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法
本专利技术涉及合金的熔炼领域，具体涉及一种制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法。
技术介绍
A356.2铝合金是典型的Al-Si-Mg系三元合金，与A356.0，A356.1相比，Fe的含量进一步降低，并且加入了金属Ti，以更好的细化晶粒。A356.2铝合金可以铸造形状比较复杂的薄壁零件，因其铸造性能优秀，塑性高，广泛的应用在汽车轮毂上面。未加入变质剂的A356.2合金，其基体中包含粗大的板片针尖状初晶硅。经验告诉我们，晶粒越粗大，分布愈不均匀，材料的性能越差。目前，生产行业都致力于改善传统的A356.2合金性能，主要方法就是改善粗大的颗粒，使其分布均匀化和圆润化，采用何种变质剂，如何进行变质A356.2合金也是国内外研究和发展的共同的问题。19世纪人们发现了稀土元素可以变质Al-Si铝合金，且稀土元素可以长时间过烧而不降低其细化效果。稀土还可以进行除气、除渣。对降低A356.2的氢脆现象也有改进，但是，目前大部分研究仅限于单独添加轻稀土元素，对于重稀土元素的研究有限。SiC-Al复合材料作为结构材料以普遍应用到直升机旋翼上、刹车盘等，但是，由于碳化硅和铝液不润湿，使得制备SiC-Al复合材料极其困难。大多数人都采用粉末冶金的方法进行制备，但此方法生产工艺繁琐，烧结过程不易控制，不易制备体积较大的结构件，且生产周期较长。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法，该方法环保安全，晶粒细化，力学性能较好且减少生产周期。本专利技术通过以下技术方案实现的：一种制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法，包括以下步骤：1）碳化硅的预处理：（1）称取5.25g的平均粒径5nm-90nm的碳化硅，加入20ML的酒精，超声分散30分钟；（2）将超声完毕的碳化硅放入鼓风干燥箱中，70℃进行烘干2h；（3）烘干完毕，放入研磨钵中研磨时间为2h；（4）SiC放进石英坩埚，加热至300℃±5℃保温30min，再升温至1200℃±5℃保温5h，期间每隔30min进行搅拌，时间为40s；（5）将预处理完毕后的SiC剔除大于100nm的颗粒；2）SiC的后续处理：碳化硅的预处理后进行磁控溅射；3）熔炼过程（1）将超声波坩埚加热器中的电阻炉加热至500℃~550℃，向石墨坩埚中加入纯度为99.9%的铝锭；（2）升温至730℃，待铝锭全部融化，加入Al-20%Si中间合金；（3）待Al-20%Si完全融化，加入用铝箔紧密包裹的纯度为99.99%的Yb，其中铝箔和Yb质量比为3:1，保温5min，加入覆盖剂，保温20min-25min；（4）保温后第一次扒渣，扒渣完成后用石墨棒充分搅拌，继续保温15min；（5）用石墨棒边搅拌边加入已经预热40℃的SiC，SiC加入的位置为搅起半固态的漩涡中心，搅拌2min之内将SiC全部加入；（6）待升温至730℃时进行超声，时间为30min；（7）加入铝箔紧密包裹的Mg，其中铝箔和Mg的质量比为3:1并立即加入覆盖剂，保温5min；（8）加入Al-5%Ti-0.2%C丝，进行第二次扒渣处理，时间1min-1.5min，搅拌均匀后在720℃进行浇注，浇注时用耐高温的化学纤维细网进行过滤；（9）浇注后热处理，得到纳米SiC、Yb增强的A356.2合金。上述所述的纳米SiC、Yb增强A356.2合金的组分的质量百分比为：Si：6.5%-7.5%，Mg：0.30%-0.45%，Ti：0.05%-0.1%，Yb：0.3%-0.4%，SiC：0.7%-0.75%，Fe≤0.2%，Cu≤0.2%，Zn≤0.1%，其余杂质元素均≤0.05%，余量为Al。优选地，所述熔炼过程中步骤（6）中超声的工作频率20KHz，工作温度为720℃，振幅≥10μm。优选地，SiC的后续处理的步骤为：（1）平均粒径5nm-90nm的碳化硅基片放置在腔体内后，先用机械泵抽真空30min，然后开分子泵继续抽真空15min，抽至1.3×10-3~4.0×10-3Pa的真空度，通入高纯氩气；（2）打开基底升温机制，将基片加热至120℃，此过程可与分子泵抽真空过程同步；（3）调节真空室内气压为0.5~1.1Pa，溅射电流0.25A，溅射时间为30s-300s。优选地，所述熔炼过程中步骤（9）中热处理的工艺为：535℃±3℃固溶5h；淬火温度70℃±5℃，转移时间5s，淬火时间为30s±5s；时效温度为165℃±3℃，时效时间为4h。上述所述的制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法中采用的超声波坩埚加热器，包括超声波发生器（1）、用于放置石墨坩埚的加热炉（5）和支撑架（3），所述超声波发生器（1）连接有超声变幅杆（4）；所述支撑架（3）包括固定套（31）、N个第一支撑杆（32）和N个竖直设置第二支撑杆（33），所述固定套（31）套装在超声波发生器（1）上，所述N个第一支撑杆（32）以固定套（31）为轴均匀分布；所述第一支撑杆（32）的一端均连接在固定套（31）上、另一端均与第二支撑杆（33）的上端连接以实现对超声波发生器（1）的支撑作用；所述N为大于或等于2的自然数。优选地，所述第一支撑杆（32）为可伸缩杆。优选地，第二支撑杆（33）为可伸缩杆。优选地，所述第一支撑杆（32）和第二支撑杆（33）均为铝合金材质，所述超声变幅杆（4）为全钛合金材质的二型变幅杆，所述N为3。本专利技术的有益成果：1.本专利技术提供一种制备纳米SiC、Yb增强的A356.2合金，第一次精炼未破坏覆盖剂的保护层，避免了Yb的进一步的氧化；采用高纯Yb，解决了制造稀土中间合金的步骤，减少生产周期；加入Yb、Mg时，用铝箔紧密包裹，加入后立刻加入无毒覆盖剂，减少了Yb、Mg突然受到高温而严重烧损。2.淬火转移时间为5s，减少了温度的散失；为了获得更好的细化晶粒的效果，将杂质Ti和B在合理的允许范围内进行加入，为溶液的异质形核提供了形核地点；用致密的石英坩埚进行预氧化，而不是石墨坩埚，避免了SiC进入石墨坩埚的空隙中，以及石墨坩埚脱落的渣子引入金属熔体中；Yb的加入和超声的使用，净化了熔体，减少由于搅拌的过程中带入熔体的气体含量，提高了力学性能。3.该实验所采用的超声波坩埚加热器是自主研发，尤其是增加了高强铝合金可伸缩杆作为支撑，避免了炉子大小而限制超声器的使用，最大可能的节约了成本，该设计可以快速撤离超声设备，使得超声完毕到浇注开始的时间控制在10s之内，碳化硅未团聚就已浇注完毕，增加了浇注质量。4.超声波的方向是垂直于坩埚，避免了由于横向波而造成的坩埚杂质进入熔体，增加了坩埚的使用寿命，净化了熔体，且采用连续模式进行超声，更好地打破了枝晶，为形核提供地点；超声设备所用变幅杆完全是钛合金所制，避免了杂质Fe的引入；设备可以适应多种坩埚，还可以通入保护气体来熔炼易氧化的金属。5.本专利技术采用纯度为99.99%的Ti金属，用磁控溅射方法将碳化硅表面附上一层Ti膜，此方法可以细化晶粒且Ti可以增加纳米级的SiC与铝溶液的润湿性。6.因Ti极易烧损，故将其溅射到高温氧化处理以后的SiC上，增加了润湿的效果。附图说明图1：对比例1制成的铝合金的拉伸断面图；图2：实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）碳化硅的预处理：（1）称取5.25g的平均粒径5nm‑90nm的碳化硅，加入20ML的酒精，超声分散30分钟；（2）将超声完毕的碳化硅放入鼓风干燥箱中，70℃进行烘干2h；（3）烘干完毕，放入研磨钵中研磨时间为2h；（4）SiC放进石英坩埚，加热至300℃±5℃保温30min，再升温至1200℃±5℃保温5h，期间每隔30min进行搅拌，时间为40s；（5）将预处理完毕后的SiC剔除大于100nm的颗粒；2）SiC的后续处理：碳化硅的预处理后进行磁控溅射；3）熔炼过程（1）将超声波坩埚加热器中的电阻炉加热至500℃~550℃，向石墨坩埚中加入纯度为99.9%的铝锭；（2）升温至730℃，待铝锭全部融化，加入Al‑20%Si中间合金；（3）待Al‑20%Si完全融化，加入用铝箔紧密包裹的纯度为99.99%的Yb，其中铝箔和Yb质量比为3:1，保温5min，加入覆盖剂，保温20min‑25min；（4）保温后第一次扒渣，扒渣完成后用石墨棒充分搅拌，继续保温15min；（5）用石墨棒边搅拌边加入已经预热40℃的SiC，SiC加入的位置为搅起半固态的漩涡中心，搅拌2min之内将SiC全部加入；（6）待升温至730℃时进行超声，时间为30min；（7）加入铝箔紧密包裹的Mg，其中铝箔和Mg的质量比为3:1并立即加入覆盖剂，保温5min；（8）加入Al‑5%Ti‑0.2%C丝，进行第二次扒渣处理，时间1min‑1.5min，搅拌均匀后在720℃进行浇注，浇注时用耐高温的化学纤维细网进行过滤；（9）浇注后热处理，得到纳米SiC、Yb增强的A356.2合金。...
【技术特征摘要】
1.一种制备纳米SiC、Yb增强A356.2合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）碳化硅的预处理：（1）称取5.25g的平均粒径5nm-90nm的碳化硅，加入20ML的酒精，超声分散30分钟；（2）将超声完毕的碳化硅放入鼓风干燥箱中，70℃进行烘干2h；（3）烘干完毕，放入研磨钵中研磨时间为2h；（4）SiC放进石英坩埚，加热至300℃±5℃保温30min，再升温至1200℃±5℃保温5h，期间每隔30min进行搅拌，时间为40s；（5）将预处理完毕后的SiC剔除大于100nm的颗粒；2）SiC的后续处理：碳化硅的预处理后进行磁控溅射；3）熔炼过程（1）将超声波坩埚加热器中的电阻炉加热至500℃~550℃，向石墨坩埚中加入纯度为99.9%的铝锭；（2）升温至730℃，待铝锭全部融化，加入Al-20%Si中间合金；（3）待Al-20%Si完全融化，加入用铝箔紧密包裹的纯度为99.99%的Yb，其中铝箔和Yb质量比为3:1，保温5min，加入覆盖剂，保温20min-25min；（4）保温后第一次扒渣，扒渣完成后用石墨棒充分搅拌，继续保温15min；（5）用石墨棒边搅拌边加入已经预热40℃的SiC，SiC加入的位置为搅起半固态的漩涡中心，搅拌2min之内将SiC全部加入；（6）待升温至730℃时进行超声，时间为30min；（7）加入铝箔紧密包裹的Mg，其中铝箔和Mg的质量比为3:1并立即加入覆盖剂，保温5min；（8）加入Al-5%Ti-0.2%C丝，进行第二次扒渣处理，时间1min-1.5min，搅拌均匀后在720℃进行浇注，浇注时用耐高温的化学纤维细网进行过滤；（9）浇注后热处理，得到纳米SiC、Yb增强的A356.2合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纳米SiC、Yb增强A356.2合金的组分的质量百分比为：Si：6.5%-7.5%，Mg：0.30%-0.45%，Ti：0.05%-0.1%，Yb：0.3%-0.4%，SiC：0.7%-0.75%，Fe≤0.2%，Cu≤0.2%，Zn≤0.1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张少辰，冷金凤，周庆波，王志斌，夏昌鹏，王康，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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