本发明专利技术公开一种铸造铝合金的复合细化‑变质剂及其制备方法与应用，所述复合细化‑变质剂是Al‑Sr‑Sc‑Er复合细化‑变质剂，采用本发明专利技术制备的复合细化‑变质剂对A356.2铝合金进行处理，可实现A356.2铝合金快速时效处理并提高其热稳定性。通过前期改性和快速时效处理来优化合金的微观组织从而影响合金中位错及空位的运动行为，达到缩短时效处理时间，得到组织均匀、热稳定性较高的A356.2铝合金。
A compound refining modifying agent for cast aluminum alloy and its preparation method and Application
【技术实现步骤摘要】
一种铸造铝合金的复合细化-变质剂及其制备方法与应用
本专利技术属于铸造铝合金材料设计与热处理领域，具体为一种铸造铝合金的复合细化-变质剂及其制备方法与应用，尤其适用于A356.2铝合金。
技术介绍
随着环境污染以及能源短缺等问题的日益突出，节能减排已成为工业制造领域亟需解决的问题。伴随汽车保有量的逐年增加，尾气排放量也与日俱增，世界铝业协会报告中指出，汽车质量每减小10％，可降低6-8％的油耗，在汽车设计中轻量化是降低其油耗和尾气排放量的主要途径。铝合金因具有比强度高，成型性能、抗蚀性和热传导性好等优点，已成为当今汽车轻量化的首选材料。A356.2铝合金因为具有良好的铸造性能和综合力学性能，已被广泛应用于汽车车身、轮毂、悬挂系统、发动机和热交换器等部件。然而在铸态条件下A356.2铝合金组织中存在粗大的柱状晶/树枝晶，且共晶硅呈针片状/板条状分布于晶界处，限制了A356.2铝合金的综合性能。在实际使用过程中，需要通过在合金中加入细化剂和变质剂从而优化合金的组织与性能，目前通常采用Al-Ti-B和Al-Sr对合金分别进行细化和变质，但在使用温度较高的发动机和热交换器等部件上，它们不能满足A356.2合金在热稳定性方面的要求。细化剂和变质剂的类型对铸态A356.2合金的热处理过程有重要影响，通常传统的细化剂和变质剂需要长时间时效处理才能使强化相β相从基体中析出，导致能源消耗较大且降低生产效率。CN106498198A公开了一种提高铝合金热稳定性的复合细化-变质剂的制备方法和应用，该方法获得的复合细化-变质剂虽然可以显著提高铝合金的热稳定性，但并不能缩短后续人工时效时间；CN103614673B公开了一种可实现铝合金快速时效热处理的方法，该方法缩短了人工时效时间，但相比于常规铝合金的时效处理需加入额外的特殊电脉冲设备，设备结构更加复杂；CN110714176A公开了一种可实现铝合金快速时效的热处理方法，将预变形后的铝合金进行磁场时效处理，从而缩短人工时效时间，该方法需要对合金进行预变形处理，增加了工艺流程。综上所述，为了实现汽车的轻量化，迫切需要开发一种既可以提高A356.2合金的热稳定性，又可以实现合金快速时效的复合细化-变质剂，使A356.2铝合金在较高温度服役过程中依然能够保持良好的使用效果。
技术实现思路
针对目前A356.2铝合金细化剂和变质剂开发过程中的不足之处，本专利技术提供一种铸造铝合金的复合细化-变质剂及其制备方法与应用，所述复合细化-变质剂是Al-Sr-Sc-Er复合细化-变质剂，采用本专利技术制备的复合细化-变质剂对A356.2铝合金进行处理，可实现A356.2铝合金快速时效处理并提高其热稳定性。通过前期改性和快速时效处理来优化合金的微观组织从而影响合金中位错及空位的运动行为，达到缩短时效处理时间，得到组织均匀、热稳定性较高的A356.2铝合金。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，设计一种铸造铝合金的复合细化-变质剂，适用于A356.2铝合金，其特征在于，该复合细化-变质剂的组元为Al、Sr、Sc、Er，其质量百分比组成为：Sr为4-6.5％、Sc为0.05-0.35％、Er为0.05-0.2％，余量为Al。进一步的，本专利技术设计一种铸造铝合金的复合细化-变质剂的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合金以及纯铝分别进行切割，打磨和抛光去除表层氧化皮和杂质，清洗之后在烘干机中烘干，并按如上所述的复合细化-变质剂的组元Al、Sr、Sc、Er的质量百分比组成分别称取Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合金以及纯铝，备用；步骤二：将电阻炉升温至720-780℃，将步骤一中称取好的纯铝放入石墨坩埚中，保持温度不变，待纯铝完全熔化后，清除表面浮渣和氧化皮；步骤三：加入步骤一中称取好的Al-Sr中间合金，并不断搅拌30s，保温20-30min，清除表面浮渣；步骤四：加入步骤一中称取好的Al-Sc中间合金，待合金完全熔化后，不断搅拌30s，清除表面浮渣；步骤五：加入步骤一中称取好的Al-Er中间合金，静置5-10min，并不断搅拌30s，清除表面浮渣；接着向金属液中通入高纯氩气精炼2-3min，静置3-5min，清除表面浮渣，得到复合金属液；步骤六：将步骤五所得的复合金属液浇注到金属型模具中，自然冷却至室温后，即得所述复合细化-变质剂。上述工艺，所用Al-Sr中间合金优选为Al-10Sr合金，Al-Er中间合金优选为Al-10Er合金，Al-Sc中间合金优选为Al-2Sc合金；上述工艺，步骤一中的清洗的具体方式为：将Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合金及纯铝放入装有丙酮的容器中，并将容器置于超声波震荡器内进行超声波清洗，时间为5-10min，之后用冷风吹干；上述工艺，从步骤二开始直到浇注完成，需持续向电阻炉内通入高纯氩气作为环境保护气，防止合金氧化烧损。上述工艺，步骤五中通入高纯氩气的纯度为99.999％。进一步的，本专利技术设计一种提高铸造铝合金的快速时效和热稳定性的方法，包括以下步骤：步骤一：分别将A356.2铝合金和如上所述的复合细化-变质剂进行打磨和抛光，去除表层氧化皮和杂质，清洗之后在烘干机中烘干；称取A356.2铝合金，并称取质量为A356.2铝合金质量的0.1-2％的复合细化-变质剂，备用；步骤二：将电阻炉升温至720-740℃，将步骤一中称取好的A356.2铝合金放入石墨坩埚中，保持温度不变，待其完全熔化后，清除表面浮渣和氧化皮，通入高纯氩气精炼2-3min，静置3-5min，清除表面浮渣；步骤三：加入步骤一中称取好的复合细化-变质剂，保温3-5min，然后通入高纯氩气精炼2-3min后静置3-5min，清除表面浮渣，得到液态A356.2铝合金；步骤四：将液态A356.2铝合金倒入金属型模具中，自然冷却至室温后，获得经复合细化-变质剂处理后的铸态A356.2铝合金(以下简称铸态A356.2合金)。步骤五：对铸态A356.2合金进行固溶处理，固溶处理的温度为520～550℃，时间为240～300min，固溶处理完成后，将铸态A356.2铝合金迅速取出，放入60℃温水进行淬火处理。步骤六：将淬火处理后的铸态A356.2铝合金在另一个热处理炉中进行时效处理，淬火转移时间10-15s，时效处理温度为140～150℃，保温250～300min，取出后空冷至室温，获得一种组织、力学和耐热性能优良的改良型A356.2铝合金。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的复合细化-变质剂是Al-Sr-Sc-Er复合细化-变质剂，采用所述复合细化-变质剂对A356.2铝合金进行处理，由于Sr、Er和Sc元素对A356.2铝合金细化晶粒的同时对共晶硅具有良好的变质效果，可显著提高了A356.2铝合金的力学性能，且其高温性能、热稳定性均得到提高。所述的Al-Sr-Sc-Er复合细本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铸造铝合金的复合细化-变质剂，适用于A356.2铝合金，其特征在于，该复合细化-变质剂的组元为Al、Sr、Sc、Er，其质量百分比组成为：Sr为4-6.5％、Sc为0.05-0.35％、Er为0.05-0.2％，余量为Al。/n
【技术特征摘要】
1.一种铸造铝合金的复合细化-变质剂，适用于A356.2铝合金，其特征在于，该复合细化-变质剂的组元为Al、Sr、Sc、Er，其质量百分比组成为：Sr为4-6.5％、Sc为0.05-0.35％、Er为0.05-0.2％，余量为Al。
2.一种铸造铝合金的复合细化-变质剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合金以及纯铝分别进行切割，打磨和抛光去除表层氧化皮和杂质，清洗之后在烘干机中烘干，并按如权利要求1中所述的复合细化-变质剂的组元Al、Sr、Sc、Er的质量百分比组成分别称取Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合金以及纯铝，备用；
步骤二：将电阻炉升温至720-780℃，将步骤一中称取好的纯铝放入石墨坩埚中，保持温度不变，待纯铝完全熔化后，清除表面浮渣和氧化皮；
步骤三：加入步骤一中称取好的Al-Sr中间合金，并不断搅拌30s，保温20-30min，清除表面浮渣；
步骤四：加入步骤一中称取好的Al-Sc中间合金，待合金完全熔化后，不断搅拌30s，清除表面浮渣；
步骤五：加入步骤一中称取好的Al-Er中间合金，静置5-10min，并不断搅拌30s，清除表面浮渣；接着向金属液中通入高纯氩气精炼2-3min，静置3-5min，清除表面浮渣，得到复合金属液；
步骤六：将步骤五所得的复合金属液浇注到金属型模具中，自然冷却至室温后，即得所述复合细化-变质剂。
3.根据权利要求2所述的一种铸造铝合金的复合细化-变质剂的制备方法，其特征在于，所述Al-Sr中间合金为Al-10Sr合金，所述Al-Er中间合金为Al-10Er合金，所述Al-Sc中间合金为Al-2Sc合金。
4.根据权利要求2所述的一种铸造铝合金的复合细化-变质剂的制备方法，其特征在于，步骤一中的清洗的具体方式为：将Al-Sr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Er中间合...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏兴川，赵庆锋，仉建波，杨东辉，张子晨，丁钰明，丁俭，陈学广，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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