一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，属于ZL201铝合金强化技术领域。本发明专利技术将纯铝锭、Cu、Mn和Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼，待铝锭开始融化时，加入覆盖剂，继续升温熔炼至熔体温度为740～750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体；将Al‑10Er中间合金加入到ZL201铝合金熔体中，加入覆盖剂并进行恒温熔炼30～35min，加入精炼剂，恒温熔炼5～8min，进行扒渣，浇注即得强化ZL201铝合金。本发明专利技术通过向ZL201铝合金中添加稀土元素Er，可以有效的细化铸态组织晶粒，提高ZL201铝合金的抗拉强度，且操作方便工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法
本专利技术涉及一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，属于ZL201铝合金强化

技术介绍
铝合金是有色金属中使用量最大的材料，广泛应用于航空航天、国防、建筑、汽车制造、电子信息和石油化工等领域。但随着铝合金应用领域的不断扩大，对其性能的要求也越来越高。提高铝合金性能的关键是改善合金组织，而晶粒细化是改善铝合金组织的重要途径。ZL201是铝铜系铸造铝合金，具有高的热处理效果和热稳定性。在微合金化元素中，Sc具备最佳的微合金化效果。在铝合金中添加Sc后，在热处理过程中析出与基体共格的弥散分布的Al3Sc相，Al3Sc是LI2结构的金属间化合物，塑性较好，熔点极高，与Al基体的晶格错配度很小，它的析出增大了二元合金的强度。此外，Sc对铝合金的晶粒细化效果明显，提高合金的再结晶温度，抑制晶粒长大，大幅度提高了合金的强度及塑性。然而，Sc作为战略性元素，价格昂贵，难以在工业大批量生产中得到实际应用，限制了它的应用。目前国内外尚没有在ZL201合金中添加廉价稀土元素以制备出耐蚀中强变形铝铜合金的研究。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中ZL201合金强化的问题，提供一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，本专利技术将稀土元素Er添加到ZL201铝合金中，强化ZL201铝合金微观组织和力学性能。一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，具体步骤如下：(1)将纯铝锭、Cu、Mn和Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼，待铝锭开始融化时，加入覆盖剂，继续升温熔炼至熔体温度为740～750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体；(2)将Al-10Er中间合金加入到步骤(1)ZL201铝合金熔体中，加入覆盖剂并进行恒温熔炼30～35min，加入精炼剂，恒温熔炼5～8min，进行扒渣，浇注至预热模具中即得强化ZL201铝合金；以质量百分数计，所述步骤(1)ZL201铝合金熔体中Cu的含量为4.5～5.3％，Mn的含量为0.6～1.0％，Ti的含量为0.15～0.35％；所述步骤(1)覆盖剂为NaCl和KCl，NaCl和KCl的质量比为1:1；覆盖剂的加入量为为纯铝锭、Cu、Mn、Ti和Al-10Er中间合金的总质量的1.0‰～1.5‰；所述步骤(2)强化ZL201铝合金中稀土元素Er的含量为0.1％～0.3％；所述步骤(2)覆盖剂为NaCl和KCl，NaCl和KCl的质量比为1:1，覆盖剂的加入量为为纯铝锭、Cu、Mn、Ti和Al-10Er中间合金的总质量的1.0‰～1.5‰；所述步骤(2)精炼剂为C2Cl6，C2Cl6的添加量为纯铝锭、Cu、Mn、Ti和Al-10Er中间合金的总质量的1.0‰～1.5‰；所述步骤(2)模具预热温度为250～300℃。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术Er基本不溶于Al，稀土元素Er在合金凝固过程中，大部分富集在固液界面的前沿，增大了成分过冷，使得枝晶间距缩小，同时，Er和Al在相界之间形成稀土活化膜，并与Cu、Mn、Ti合金元素或杂质元素形成可以作为结晶形核质点的化合物，从而提高合金凝固时的形核率，使晶粒细化；(2)本专利技术ZL201铝合金的抗拉强度随着Er掺杂含量(0.1％～0.3％)的升高呈现先升高后降低的趋势，稀土元素Er有利于ZL201晶粒组织变细。附图说明图1为对比例ZL201合金的金相图；图2为实施例1添加0.1％Er的ZL201合金的金相图；图3为实施例2添加0.2％Er的ZL201合金的金相图；图4为实施例3添加0.3％Er的ZL201合金的金相图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。对比例：ZL201铝合金的制备方法，具体步骤如下：(1)将95g铝锭、5g的Cu、0.8g的Mn和0.3g的Ti放入经预热干燥过的氧化铝坩埚中在井式电阻炉中加热升温熔炼，待铝锭软化时加入覆盖剂(NaCl和KCl)继续升温至温度为750℃并恒温熔炼30min得到ZL201铝合金熔体；其中NaCl和KCl的质量比为1:1，覆盖剂的加入量为纯铝锭、Cu、Mn、Ti和Al-10Er中间合金的总质量的1.0‰；覆盖剂可防止合金熔体氧化和吸氢；(2)将精炼剂(C2Cl6)加入到ZL201铝合金熔体内恒温熔炼5min，进行扒渣，浇注至温度为250℃的预热模具中即得ZL201铝合金；其中精炼剂(C2Cl6)的加入量为纯铝锭、Cu、Mn、Ti和Al-10Er中间合金的总质量的1.0‰；本对比例ZL201铝合金的金相图见图1，从图1可知，铸态组织晶粒粗大，晶界相连过长，铸件的力学性能差；本对比例ZL201铝合金的拉伸强度为154Mpa。实施例1：一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，具体步骤如下：(1)将95g铝锭、5g的Cu、0.8g的Mn和0.3g的Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼，待铝锭开始融化时，加入覆盖剂(NaCl和KCl)，继续升温熔炼至熔体温度为750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体；其中NaCl和KCl的质量比为1:1，覆盖剂的加入量为0.1g；覆盖剂可防止合金熔体氧化和吸氢；(2)将12g的Al-10Er中间合金加入到步骤(1)ZL201铝合金熔体中，加入0.1g覆盖剂(NaCl和KCl)并进行恒温熔炼30min，加入精炼剂(C2Cl6)，恒温熔炼5min，进行扒渣，浇注至温度为250℃的预热模具中即得强化ZL201铝合金；其中精炼剂(C2Cl6)的加入量为0.1g；本实施例强化ZL201铝合金经过EDS测试和拉伸测试以及扫描测试可知：Er的含量为0.1％，拉伸强度173Mpa，比对比例ZL201铝合金强度提高了9.4％；本实施例强化ZL201铝合金的金相图见图2，从图1和图2可知，本实施例强化ZL201铝合金的晶粒明显变小。实施例2：一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，具体步骤如下：(1)将95g铝锭、5g的Cu、0.8g的Mn和0.3g的Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼，待铝锭开始融化时，加入覆盖剂(NaCl和KCl)，继续升温熔炼至熔体温度为750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体；其中NaCl和KCl的质量比为1:1，覆盖剂的加入量为0.1g；覆盖剂可防止合金熔体氧化和吸氢；(2)将28g的Al-10Er中间合金加入到步骤(1)ZL201铝合金熔体中，加入0.1g覆盖剂(NaCl和KCl)并进行恒温熔炼30min，加入精炼剂(C2Cl6)，恒温熔炼5min，进行扒渣，浇注至温度为250℃的预热模具中即得强化ZL201铝合金；其中精炼剂(C2Cl6)的加入量为0.1g；本实施例强化ZL201铝合金经过EDS测试和拉伸测试以及扫描测试可知：Er的含量为0.2％，拉伸强度193Mpa，比对比例ZL2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：/n(1)将纯铝锭、Cu、Mn和Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼，待铝锭开始融化时，加入覆盖剂，继续升温熔炼至熔体温度为740～750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体；/n(2)将Al-10Er中间合金加入到步骤(1)ZL201铝合金熔体中，加入覆盖剂并进行恒温熔炼30～35min，加入精炼剂，恒温熔炼5～8min，进行扒渣，浇注即得强化ZL201铝合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将纯铝锭、Cu、Mn和Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼，待铝锭开始融化时，加入覆盖剂，继续升温熔炼至熔体温度为740～750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体；
(2)将Al-10Er中间合金加入到步骤(1)ZL201铝合金熔体中，加入覆盖剂并进行恒温熔炼30～35min，加入精炼剂，恒温熔炼5～8min，进行扒渣，浇注即得强化ZL201铝合金。


2.根据权利要求1所述利用稀土元素Er强化ZL201铝合金的方法，其特征在于：以质量百分数计，步骤(1)ZL201铝合金熔体中Cu的含量为4.5～5.3％，Mn的含量为0.6～1.0％，Ti的含量为0.15～0.35％。


3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：严继康，沈见冉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53