新型高强韧铸态铝合金及制备方法技术

本发明专利技术涉及新型高强韧铸态铝合金及制备方法，包括以下四个步骤：(1)铝合金配比及熔炼；(2)铝合金精炼；(3)微量纳米颗粒强化铝合金；(4)铝合金铸造成型。本发明专利技术涉及的技术方案是通过铝合金成分设计、熔炼、精炼，随后加入微量的纳米TiB2、NbB2、TiC颗粒强化铝合金，并严格控制Fe、Ti、Zn杂质元素的含量，制备一种新型不热处理的高强韧铸态铝合金。经过本工艺制备的铸态铝合金表现出优异的强度和塑性。该产品可用于制备大型铝合金结构件，不经过热处理，大量节省热处理时和热处理后校正所需的工装、工时、人工，减少能源能耗，简化铝合金结构件的生产工艺流程、降低制备成本，具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
新型高强韧铸态铝合金及制备方法
本专利技术涉及铝合金加工和制备领域，具体涉及一种新型高强韧铸态铝合金及制备方法。
技术介绍
目前，随着我国汽车行业的快速发展，追求更轻、更快、更环保的理念逐渐成为汽车行业的核心战略目标。汽车自主创新迫切需要先进、轻量化、高强韧性的汽车关键零部件的材料和制造技术。而目前，我国汽车产业中，大部分白车身为钢材。钢材虽然具有强度高，耐冲击性能较好等特点，但其密度较大，难以实现汽车的轻量化。而铝合金作为一种密度低、比强度高、耐腐蚀性较好的合金，将逐渐代替部分钢材冲压件，成为轻量化发展的重要组成部分。使用铝合金来代替钢材，最多可以使整体车身减重将近50％。所以，铝合金结构件及其材质的生产和研发，尤其是大型复杂铝合金结构件及其材质的研发至关重要，关系到乘用车轻量化发展进程、技术创新及轻量化的成败，有着重要的现实意义。部分前期研发可应用于乘用车的大型复杂铝合金结构件多为压铸件，一般压铸件无法热处理，因此强度较低、塑性差，无法满足车身结构件所需的塑性以及安全性的要求。其他的铸造方法如真空压铸件、低压铸造件和倾转铸造件，尽管这几种方法可以热处理，但是后续热处理过程较为复杂，且高温下热处理铝合金的变形严重，后续还需对热处理后铝合金结构件进行校正，也会进一步增加对能耗、工装、工时、人工的要求，延长了制造周期，增加了制造成本。基于以上原因，目前的汽车制造产业急需一种新型的无需后续热处理的高强韧铸态铝合金。纳米TiB2、NbB2、TiC陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、很好的耐腐蚀性以及很高的电导率等特点，且尺寸小，数量多，经过陶瓷颗粒强化的铝合金材料其强度、塑性都有明显的提高。较低的陶瓷颗粒含量即可获得很好的强化效果，这也使得制备过程简便，成本易于控制。经过纳米颗粒强化的铸态铝合金可以直接用于结构件的制备，不需要任何后续热处理工艺，大幅简化铝合金的生产工艺。本专利技术涉及的技术方案是通过铝合金成分设计、熔炼、精炼，随后加入纳米陶瓷颗粒强化铝合金，同时严格控制Fe、Ti、Zn杂质元素的含量，制备一种新型不经热处理的高强韧铸态铝合金。经过本专利涉及的制备方法制备的铝合金的强度和塑性有较大程度的提高，本方案可以避免大型铝合金构件热处理工艺，大量节省热处理和热处理后校正所需的工装、工时、人工，同时减少能源能耗，对于简化合金生产工艺、降低成本具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种新型高强韧铸态铝合金及制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种新型高强韧铸态铝合金及制备方法，包括以下步骤：(1)步骤一、铝合金配比及熔炼：以纯铝、Al-Si12中间合金、纯镁、纯铜为原料备料。按照铝合金的成分为：Si：9.30wt.％～10.5wt.％；Mg：0.39wt.％～2.70wt.％；Cu：0.00wt.％～1.00wt.％；Zn：≤0.15wt.％；Ti：≤0.10wt.％；Fe：≤0.10wt.％；余量为Al，配制铝合金。将配制铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1003-1023K条件下熔炼0.5h～1h，得到铝合金熔液；(2)步骤二、铝合金精炼：经熔炼的铝液转至保温炉保温，然后进行炉内精炼，在温度为1003-1023K条件下，将旋转吹气探头伸入保温炉底部，由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，吹气处理5-10min，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量。(3)步骤三、微量纳米颗粒强化铝合金：气体净化熔体结束后分别加入含有内生纳米陶瓷颗粒的30wt.％TiB2/Al、30wt.％NbB2/Al、30wt.％TiC/Al中间合金。其中纳米TiB2、NbB2、TiC陶瓷颗粒实际加入量为0.02-0.3wt.％，机械搅拌2-5min；将超声波探头下降至液面以下100mm并保温3-8min；随后开启超声波设备，对混合合金液采用超声处理3-10min，辅助纳米颗粒分散均匀。超声处理后的合金液加入0.05-0.10wt.％铝合金精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置5-10min；经过最后除渣处理的铝液可以直接进行浇铸；(4)步骤四、铝合金铸造成型：将铝液浇铸到一系列金属型模具中成板状铝合金铸坯，板状铸坯的厚度为20mm，浇铸控制温度为973-1003K；优选的，步骤三中所述精炼剂成分为：35-50wt.％KCl、30-40wt.％MgCl2、5-10wt.％AlF3、10-15wt.％Na3AlF6、5-10wt.％Mg3N2、2-5wt.％Na2CO3、2-5wt.％C2Cl6。优选的，步骤四中金属型模具的材质为：45#钢。金属型模具的尺寸为：200mm×150mm×20mm。该专利技术的有益效果在于：本专利技术涉及新型高强韧铸态铝合金及制备方法，包括以下四个步骤：(1)铝合金配比及熔炼；(2)铝合金精炼；(3)微量纳米颗粒强化铝合金；(4)铝合金铸造成型。本专利技术涉及的技术方案是通过铝合金成分设计、熔炼、精炼，随后加入微量的纳米TiB2、NbB2、TiC颗粒强化铝合金，并严格控制Fe、Ti、Zn杂质元素的含量，制备一种新型不热处理的高强韧铸态铝合金。经过本工艺制备的铸态铝合金表现出优异的强度和塑性。该产品可用于制备大型铝合金结构件，不经过热处理，大量节省热处理时和热处理后校正所需的工装、工时、人工，减少能源能耗，简化铝合金结构件的生产工艺流程、降低制备成本，具有重要的应用价值。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创新特征、达成目的易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。实施例1：本实例的一种新型高强韧铸态铝合金及制备方法，包括以下步骤：(1)步骤一、铝合金配比及熔炼：以纯铝、Al-Si12中间合金、纯镁、纯铜为原料备料。按照铝合金的成分为：Si：9.80wt.％；Mg：0.39wt.％；Cu：1.00wt.％；Zn：≤0.15wt.％；Ti：≤0.10wt.％；Fe：≤0.10wt.％；余量为Al，配制铝合金。将配制铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1023K条件下熔炼0.5h，得到铝合金熔液；(2)步骤二、铝合金精炼：经熔炼的铝液转至保温炉保温，然后进行炉内精炼，在温度为1023K条件下，将旋转吹气探头伸入保温炉底部，由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，吹气处理5min，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量。(3)步骤三、微量纳米颗粒强化铝合金：气体净化熔体结束后分别加入含有内生纳米陶瓷颗粒的30wt.％TiB2/Al中间合金。其中纳米TiB2陶瓷颗粒实际加入量为0.3wt.％，机械搅拌5min；将超声波探头下降至液面以下100mm并保温5min；随后开启超声波设备，对混合合金液采用超声处理10min，辅助纳米颗粒分散均匀。超声处理后的合金液加入0.10wt.％铝合金精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置10min；经过最后除渣处理的铝液可以直接进行浇铸；(4)步骤四、铝合金铸造成型：将铝液浇铸到一系列金属型模具中成板状铝合金铸坯，板状铸坯的厚度为20mm，浇铸控制温度为1003K；其中，步骤三中所述精炼剂成分为：35wt.％KCl、45wt.％MgCl2、5wt.％AlF3、5wt.％Na3AlF6、5wt.％Mg3N2、3wt.％Na2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高强韧铸态铝合金及制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)铝合金配比及熔炼：以纯铝、Al‑Si12中间合金、纯镁、纯铜为原料备料，按照铝合金的成分为：Si：9.30wt.％～10.5wt.％；Mg：0.39wt.％～2.70wt.％；Cu：0.00wt.％～1.00wt.％；Zn：≤0.15wt.％；Ti：≤0.10wt.％；Fe：≤0.10wt.％；余量为Al，配制铝合金；将配制铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1003‑1023K条件下熔炼0.5h～1h，得到铝合金熔液；(2)铝合金精炼：经熔炼的铝液转至保温炉保温，然后进行炉内精炼，在温度为1003‑1023K条件下，将旋转吹气探头伸入保温炉底部，由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，吹气处理5‑10min，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量；(3)微量纳米颗粒强化铝合金：气体净化熔体结束后分别加入含有内生纳米陶瓷颗粒的30wt.％TiB2/Al、30wt.％NbB2/Al、30wt.％TiC/Al中间合金；其中纳米TiB2、NbB2、TiC陶瓷颗粒实际加入量为0.02‑0.3wt.％，机械搅拌2‑5min；将超声波探头下降至液面以下100mm并保温3‑8min；随后开启超声波设备，对混合合金液采用超声处理3‑10min，辅助纳米颗粒分散均匀；超声处理后的合金液加入0.05‑0.10wt.％铝合金精炼剂进行除气精炼、扒渣、静置5‑10min；经过最后除渣处理的铝液可以直接进行浇铸；(4)铝合金铸造成型：将铝液浇铸到一系列金属型模具中成板状铝合金铸坯，板状铸坯的厚度为20mm，浇铸控制温度为973‑1003K。...

【技术特征摘要】
2017.06.12 CN 20171043650411.一种新型高强韧铸态铝合金及制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)铝合金配比及熔炼：以纯铝、Al-Si12中间合金、纯镁、纯铜为原料备料，按照铝合金的成分为：Si：9.30wt.％～10.5wt.％；Mg：0.39wt.％～2.70wt.％；Cu：0.00wt.％～1.00wt.％；Zn：≤0.15wt.％；Ti：≤0.10wt.％；Fe：≤0.10wt.％；余量为Al，配制铝合金；将配制铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1003-1023K条件下熔炼0.5h～1h，得到铝合金熔液；(2)铝合金精炼：经熔炼的铝液转至保温炉保温，然后进行炉内精炼，在温度为1003-1023K条件下，将旋转吹气探头伸入保温炉底部，由旋转吹气探头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，吹气处理5-10min，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量；(3)微量纳米颗粒强化铝合金：气体净化熔体结束后分别加入含有内生纳米陶瓷颗粒的30wt.％TiB2/Al、30wt.％NbB2/Al、3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱丰，李强，姜启川，常芳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22