Al-Si系合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Al

Al Si alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
Al
‑
Si系合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料领域，特别涉及一种Al
‑
Si系合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铸造Al
‑
Si系合金由于具有密度低、耐磨性好、体积稳定性、铸造性能和组织致密性好等优势，已成为汽缸、活塞等发动机关键零部件制造的首选材料，以德国马勒(Mahle)公司开发的Mahle124、Mahle142、Mahle174+等牌号合金为典型代表。随着轻量化发展、节能减排、硬排放标准等要求越来越高，引导发动机制造业向高速、高功率密度和高紧凑方向发展，高功率密度主要通过提高发动机转速和燃烧室爆发压力来实现，这使得发动机核心零部件(如活塞)承受的机械负荷、热负荷和摩擦副间的磨损量大幅增加。因此，对材料的高温力学性能提出越来越高的要求。
[0003]传统Al
‑
Si系多元合金在凝固过程中析出的金属间化合物耐热相，在基体中呈半封闭网状分布，但难以形成封闭构型，且其构型调控十分困难，高温强化作用有限。而且，组织中脆性的Si相属于高温变形的薄弱环节，是疲劳裂纹萌生和断裂的重要根源。此外，由于Si致细化“中毒”而难以采用传统细化剂来有效细化基体晶粒，使铝基体晶粒枝晶发达。
[0004]因而，传统耐热Al
‑
Si系合金难以满足发动机越来越苛刻的服役环境对材料高温力学性能的越来越高的要求。

技术实现思路

[0005]为了解决以上描述的至少一个技术问题，本专利技术提供一种Al<br/>‑
Si系合金及其制备方法。
[0006]本专利技术的目的在于通过改善金属间化合物耐热相的构型、改善Si相的形貌、和/或改善铝基体的晶粒形貌，提供一种具有改善的强度和耐热性能的 Al
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Si系合金材料及其制备方法。
[0007]根据本专利技术的一方面，提供一种Al
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Si系合金，所述Al
‑
Si系合金包括Al基体、Si、SiC粒子和C掺杂型TiB2粒子，基于100wt％的所述Al
‑
Si系合金，Si的含量为8.0wt％
‑
18.0wt％，所述C掺杂型TiB2粒子具有TiB2的晶体结构且掺杂有微量C元素，所述C掺杂型TiB2粒子中C的质量百分比为 0.2wt％
‑
5wt％。
[0008]可选地，所述SiC粒子在所述Al基体中呈微骨架构型。
[0009]可选地，所述微骨架构型包括链状微骨架构型、枝状微骨架构型、网状微骨架构型中的至少一种。
[0010]可选地，所述C掺杂型TiB2粒子中的一部分与SiC粒子协同形成所述微骨架构型，所述C掺杂型TiB2粒子中的另一部分弥散分布。
[0011]可选地，所述SiC粒子和所述C掺杂型TiB2粒子的尺寸为微米级和/或纳米级。
[0012]可选地，所述SiC粒子和所述C掺杂型TiB2粒子为原位生成。
[0013]可选地，所述Al
‑
Si系合金还可包括Cu、Ni、Mg、Fe、Mn、Cr、V、Zr 中的至少一种。其
中，基于100wt％的所述Al
‑
Si系合金，Cu的含量为 1.0wt％
‑
6.0wt％，Ni的含量为0.5wt％
‑
3.5wt％，Mg的含量为0.5wt％
‑
2.0wt％， Fe的含量小于等于1.5wt％，Mn的含量小于等于1.0wt％，V的含量小于等于 1.0wt％，Cr的含量小于等于0.8wt％，Zr的含量小于等于0.5wt％。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供一种如上所述的Al
‑
Si系合金的制造方法，所述制造方法包括：向熔炼炉中加入第一部分铝源，升温熔化至750℃
‑
900 ℃时向熔体中加入硅源，保证熔体中Si的含量为20.0wt％
‑
25.0wt％；待硅源完全溶解后，升温至780℃
‑
950℃，加入TiCB
‑
Al晶种合金，保温15min
‑
60min，基于熔体的总重量，所述TiCB
‑
Al晶种合金的添加量为1.0wt％
‑
10.0wt％；待反应完成后，向合金熔体中加入第二部分铝源，保证在浇注后得到的所述 Al
‑
Si系合金中，基于100wt％的所述Al
‑
Si系合金，Si的含量为 8.0wt％
‑
18.0wt％。其中，所述TiCB
‑
Al晶种合金包含TiC
B
@TiBC粒子，基于 100wt％的所述TiCB
‑
Al晶种合金，所述TiC
B
@TiBC粒子的含量为 1.0wt％
‑
6.0wt％，所述TiC
B
@TiBC粒子包括核部和壳部，所述核部包含B掺杂型TiC
B
，所述壳部包覆所述核部的至少一部分并包含TiBC三元相，其中， B掺杂型TiCB是指B原子占据TiC
x
晶体的C空位而形成的TiCB相，TiBC 三元相是指由Ti、B和C组成的三元相，其中，x＜1。
[0015]可选地，所述制造方法还包括：在加入TiCB
‑
Al晶种合金的步骤之后，加入铁源、锰源、锆源，待溶解后向合金熔体中加入所述第二部分铝源。
[0016]可选地，所述制造方法还包括：在加入所述第二部分铝源后，调整熔体温度至720℃
‑
780℃，并向熔体中添加铜源、镍源、镁源、铬源、钒源；待铜源、镍源、镁源、铬源、钒源溶解后，将熔体温度保持在730℃
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780℃，对熔体进行精炼处理10min
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30min；浇注得到所述Al
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Si系合金。
[0017]如上所述，根据本专利技术的Al
‑
Si系合金可具有改善的强度和耐热性能。
[0018]根据本专利技术，SiC粒子可形成微骨架构型，一方面提升合金对高温载荷的传递和承载能力；另一方面，可在一定程度上使板片状的共晶Si变为颗粒状，减轻其对耐热网络和基体的割裂效应，进一步提升合金的耐热性能。根据本专利技术，一部分C掺杂型TiB2粒子可与SiC协同搭建微骨架，一部分C掺杂型TiB2粒子弥散分布。微量C元素的掺杂有效提高了TiB2粒子对α
‑
Al的形核效率，能够有效细化α
‑
Al晶粒尺寸，改善α
‑
Al枝晶形貌，既能减少或消除缩松缩孔以及浇不足等铸造缺陷，又可以使基体与耐热网络更加协同匹配。
[0019]根据本专利技术，SiC粒子和C掺杂型TiB2粒子均是原位生成的，从而可使上述有益效果进一步增强。
附图说明
[0020]通过下面结合附图进行的详细描述，本专利技术的上述和其它目的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Al
‑
Si系合金，其特征在于，所述Al
‑
Si系合金包括Al基体、Si、SiC粒子和C掺杂型TiB2粒子，基于100wt％的所述Al
‑
Si系合金，Si的含量为8.0wt％
‑
18.0wt％，所述C掺杂型TiB2粒子具有TiB2的晶体结构且掺杂有微量C元素，所述C掺杂型TiB2粒子中C的质量百分比为0.2wt％
‑
5wt％。2.根据权利要求1所述的Al
‑
Si系合金，其特征在于，所述SiC粒子在所述Al基体中呈微骨架构型。3.根据权利要求2所述的Al
‑
Si系合金，其特征在于，所述微骨架构型包括链状微骨架构型、枝状微骨架构型、网状微骨架构型中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的Al
‑
Si系合金，其特征在于，所述C掺杂型TiB2粒子中的一部分与SiC粒子协同形成所述微骨架构型，所述C掺杂型TiB2粒子中的另一部分弥散分布。5.根据权利要求1至3中任一项所述的Al
‑
Si系合金，其特征在于，所述SiC粒子和所述C掺杂型TiB2粒子的尺寸为微米级和/或纳米级。6.根据权利要求1至3中任一项所述的Al
‑
Si系合金，其特征在于，所述SiC粒子和所述C掺杂型TiB2粒子为原位生成。7.根据权利要求1所述的Al
‑
Si系合金，其特征在于，所述Al
‑
Si系合金还可包括Cu、Ni、Mg、Fe、Mn、Cr、V、Zr中的至少一种，其中，基于100wt％的所述Al
‑
Si系合金，Cu的含量为1.0wt％
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6.0wt％，Ni的含量为0.5wt％
‑
3.5wt％，Mg的含量为0.5wt％
‑
2.0wt％，Fe的含量小于等于1.5wt％，Mn的含量小于等于1.0wt％，V的含量小于等于1.0wt％，Cr的含量小于等于0.8wt％，Zr的含量小于等于0.5wt％。8.一种根据权利要求1至7中任一项所述的Al
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Si系合金的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：向熔炼炉中加入第一部分铝源...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相法，李道秀，韩梦霞，刘思达，孙谦谦，刘桂亮，
申请(专利权)人：山东迈奥晶新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：