一种Al-Si合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种Al‑Si合金及其制备方法和应用，属于铝合金材料技术领域。本发明专利技术提供的Al‑Si合金，按质量百分含量计，包括Si 14～22％，Cu 2～5％，Mg 0.5～2.2％，Zr 0.15～0.25％，La 0.1～0.5％，Er 0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。本发明专利技术通过在合金中加入少量的Zr以及复合稀土La和Er，同时控制合金中Si、Cu和Mg的含量，可以改善Si相形貌，细化晶粒，且合金组织均匀，具有较高的强度和较好的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种Al-Si合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及铝合金材料
，具体涉及一种Al-Si合金及其制备方法和应用。
技术介绍
铸造Al-Si合金是铸造铝合金中最重要的一个系列，由于其密度小、比强度高，同时具有优异的铸造性能、耐蚀性能、耐磨损性能、可焊性及热膨胀性，广泛地应用于航空航天、汽车、机械等行业，用来生产形状复杂、薄壁、耐蚀、气密性要求高、承受中高静载荷或冲击载荷、要求在较高温度下工作的大、中、小型铸件。例如现有技术中汽车发动机等部件，通常采用过共晶Al-Si合金进行压铸成形，但是现有合金成分制备的发动机部件在强度和耐磨性等方面均有一定的局限性。在过共晶Al-Si合金中加入少量的Cu元素和Mg元素，在合金中形成Al2Cu、Mg2Si以及Al-Si-Cu-Mg等强化相，可以在一定程度上提高合金的强度，但是由于合金中Si含量较高，成形后会在基体中形成粗大的块状Si相和纤维状的共晶Si相，对基体有较大的割裂作用，合金的强度和耐磨性有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Al-Si合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的合金具有较高的强度和较好的耐磨性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种Al-Si合金，按质量百分含量计，包括Si14～22％，Cu2～5％，Mg0.5～2.2％，Zr0.15～0.25％，La0.1～0.5％，Er0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。优选地，包括Si15.5～18％，Cu2.5～4.5％，Mg0.5～1.8％，Zr0.18～0.22％，La0.1～0.3％，Er0.1～0.2％，Mn0.15～0.2％，Fe0.1～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质。本专利技术提供了上述技术方案所述Al-Si合金的制备方法，包括以下步骤：按Al-Si合金的成分将制备原料进行熔炼，得到合金液；将所述合金液进行精炼，得到精炼液；在超声/电磁复合场作用下，基于半连续铸造工艺将所述精炼液进行成形处理，得到Al-Si合金。优选地，所述制备原料包括纯铝锭和中间合金；所述熔炼包括：将纯铝锭进行第一熔炼，待部分纯铝锭熔化后，加入所述中间合金进行第二熔炼；所述第一熔炼的温度为720～770℃，时间为1～5h，所述第二熔炼的温度为700～760℃，时间为1～4h；所述部分纯铝锭占纯铝锭总质量的45～65％。优选地，所述精炼为喷粉精炼，所述喷粉精炼的操作参数包括：除气机的旋转速度为100～140rpm，进口压力为0.2～0.6MPa，出粉量为1～3.5kg/min，精炼时间为10～40min。优选地，所述成形处理的操作参数包括：浇铸温度为680～720℃，超声功率为300～360W，超声频率为15～20kHz，电磁频率为20～30kHz，电磁强度为120～150A；引锭时冷却水压力为200～250m3/h，引锭速度为100～180mm/min。优选地，所述成形处理后还包括：将成形处理后所得合金坯锭进行加热处理，得到半固态坯料；将所述半固态坯料进行挤压铸造，得到合金铸锭；将所述合金铸锭进行淬火处理，得到淬火合金铸锭；将所述淬火合金铸锭进行T6热处理，得到Al-Si合金。优选地，所述加热处理在中频感应炉中进行，所述加热处理的温度为570～600℃，时间为15～30min；所述挤压铸造的操作参数包括：比压为580～620MPa，保压时间为40～60s，挤压速度为5～12mm/s。优选地，所述淬火处理的时间为30～100s；所述淬火处理采用的淬火介质为10wt％的NaCl水溶液，所述NaCl水溶液的温度为17～28℃。所述T6热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理；所述固溶处理的温度为500～525℃，时间为20～100min；所述时效处理的温度为170～190℃，时间为8～12h。本专利技术提供了上述技术方案所述Al-Si合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的Al-Si合金在汽车零部件中的应用。本专利技术提供了一种Al-Si合金，按质量百分含量计，包括Si14～22％，Cu2～5％，Mg0.5～2.2％，Zr0.15～0.25％，La0.1～0.5％，Er0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。本专利技术通过在合金中加入少量的Zr、La和Er，同时控制合金中Si、Cu和Mg的含量，可以改善Si相形貌，细化晶粒，且合金组织均匀，具有较高的强度和较好的耐磨性。实施例的结果显示，本专利技术提供的Al-Si合金的抗拉强度达到362MPa，屈服强度达到287MPa，延伸率为3.6％，硬度值为187HB，摩擦系数为0.331，能够满足汽车对零部件的性能要求。本专利技术提供了所述Al-Si合金的制备方法，包括以下步骤：按Al-Si合金的成分将制备原料进行熔炼，得到合金液；将所述合金液进行精炼，得到精炼液；在超声/电磁复合场作用下，基于半连续铸造工艺将所述精炼液进行成形处理，得到Al-Si合金。本专利技术在超声/电磁复合场作用下，基于半连续铸造工艺制备Al-Si合金，合金偏析情况得到改善，原料利用率高，且晶粒尺寸细小、组织均匀，具有优异的耐磨性能和力学性能。进一步地，本专利技术采用半固态挤压铸造工艺对上述成形处理后所得合金坯锭进行二次加工，并采用T6热处理工艺对淬火后的合金铸锭进行处理，合金中晶粒更为圆整，有利于进一步改善合金的延伸率等性能。附图说明图1为实施例1制备的Al-Si合金的显微组织图；图2为实施例3制备的Al-Si合金的显微组织图；图3为对比例1制备的Al-Si合金的显微组织图。具体实施方式本专利技术提供了一种Al-Si合金，按质量百分含量计，包括Si14～22％，Cu2～5％，Mg0.5～2.2％，Zr0.15～0.25％，La0.1～0.5％，Er0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。按质量百分含量计，本专利技术提供的Al-Si合金包括Si14～22％，优选为15.5～18％％，进一步优选为15.7～17％。按质量百分含量计，本专利技术提供的Al-Si合金包括Cu2～5％，优选为2.5～4.5％，进一步优选为2.8～3.6％。按质量百分含量计，本专利技术提供的Al-Si合金包括Mg0.5～2.2％，优选为0.5～1.8％，进一步优选为0.5～1.1％。按质量百分含量计，本专利技术提供的Al-Si合金包括Zr0.15～0.25％，优选为0.18～0.22％，进一步优选为0.18～0.2％。按质量百分含量计，本专利技术提供的Al-Si合金包括La0.1～0.5％，优选为0.1～0.3％，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al-Si合金，按质量百分含量计，包括Si 14～22％，Cu 2～5％，Mg 0.5～2.2％，Zr 0.15～0.25％，La 0.1～0.5％，Er 0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。/n

【技术特征摘要】
1.一种Al-Si合金，按质量百分含量计，包括Si14～22％，Cu2～5％，Mg0.5～2.2％，Zr0.15～0.25％，La0.1～0.5％，Er0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。


2.根据权利要求1所述的Al-Si合金，其特征在于，包括Si15.5～18％，Cu2.5～4.5％，Mg0.5～1.8％，Zr0.18～0.22％，La0.1～0.3％，Er0.1～0.2％，Mn0.15～0.2％，Fe0.1～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质。


3.权利要求1或2所述Al-Si合金的制备方法，包括以下步骤：
按Al-Si合金的成分将制备原料进行熔炼，得到合金液；
将所述合金液进行精炼，得到精炼液；
在超声/电磁复合场作用下，基于半连续铸造工艺将所述精炼液进行成形处理，得到Al-Si合金。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备原料包括纯铝锭和中间合金；
所述熔炼包括：将纯铝锭进行第一熔炼，待部分纯铝锭熔化后，加入所述中间合金进行第二熔炼；所述第一熔炼的温度为720～770℃，时间为1～5h，所述第二熔炼的温度为700～760℃，时间为1～4h；所述部分纯铝锭占纯铝锭总质量的45～65％。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述精炼为喷粉精炼，所述喷粉精炼的操作参数包括：除气机的旋转速度为100～140rpm，进口压力为0.2～0.6MPa，出粉量为1～3.5kg/min，精炼时间为10～40...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润霞，郝建飞，卞健从，陈斌，姜雄华，于宝义，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44