钇锆改性的高强度耐腐蚀铝硅合金及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种钇锆改性的高强度耐腐蚀铝硅合金及其制备工艺，各组元组分按重量百分比计如下：Y0.10

【技术实现步骤摘要】
钇锆改性的高强度耐腐蚀铝硅合金及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及一种铝硅合金及其制备工艺，特别涉及一种钇锆改性的高强度耐腐蚀铝硅合金及其制备工艺。

技术介绍

[0002]航空航天、汽车制造等行业对材料的要求日益提高，很多常用的钢铁部件逐渐被更轻质化的材料所代替，如铝活塞、铝缸盖、铝缸体等发动机部件或变速箱壳体、轮毂可用铸造铝合金制造，以满足节能减排的需求。而位于常用轻质材料行列的Al
‑
Si合金因具有良好的综合性能，如铸造性能好、密度小、耐蚀性强、再可塑性好、热膨胀系数低及力学性能好，既可以保证良好的力学性能，又可以满足轻量化，被广泛应用于航空航天及汽车工业领域。但铸态条件下，初生α
‑
Al枝晶粗大，共晶硅形貌为粗大的层片状或针状，Fe在合金中存在两种相(汉字或骨骼状α
‑
Al8Fe2Si和针状β
‑
Al5FeSi)，因此层片状共晶Si和针状Fe相受力时会造成应力集中，致使合金力学性能降低。可通过添加稀土元素达到：细化晶粒(细化初生α
‑
Al)、变质共晶Si(将层片状共晶Si变质为纤维状、珊瑚状等)、调控析出相(改善析出相的种类、数量、尺寸、分布等)。
[0003]另外，由于在熔铸时高温液体状态下的铝合金氧化较快，造成浇铸后的铸件表面灰暗，致密度较低，质量较差，需要对铝合金表面进行处理。铝合金的表面处理方法有很多，如物理法、化学法、物理化学法和综合法。现在常用的方法是阳极氧化法，通过电化学方法在铝合金表面形成转化膜，这种方法虽然可提高铝合金的抗氧化性能，但是其适应环境的能力差，转化膜层不够均匀、易脱落，耐磨性能没有得到改善。
[0004]实践表明，钇、锆对铝及铝合金有晶粒细化作用。采用微量的钇、锆对铝合金进行合金化，可以有效的提高合金的强度和延展性能，相比单一的添加钇元素进行改性的铝合金，性能更优，且钇的分步能够形成稳定、致密、均匀的立体抗氧化位点，不同于现有技术的平面的抗氧化膜，抗氧化性能显著提高。进一步的说，锆的分步能够形成均匀、立体、可靠的耐腐蚀层，改善铝合金的耐腐蚀性能。本专利技术旨在提供一种钇锆改性的高强度铝耐腐蚀硅合金及制备工艺，来解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术的商用铝合金铸态下强度低，韧性差，抗氧化性和耐腐蚀性不够的问题，本专利技术提供一种钇锆改性的高强度耐腐蚀铝硅合金。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种钇锆改性的高强度耐腐蚀铝硅合金的制备工艺。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金，各组元组分按重量百分比计如下：
[0009]Y0.10
‑
0.30％，Zr 0.10
‑
0.30％，Si6
‑
8％，Mg0.2
‑
0.4％，Mn0.1
‑
0.3％，Co 0.2
‑
0.5％，Fe≤0.2％，其余为Al及不可避免杂质，该钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金具有满足下面式(1)、(2)的成分比例关系：
[0010]0.75≤({Mn}+{Co})/{Mg}≤4
……
(1)；
[0011]0.4≤({Y}+{Zr})/{Co}≤3
……
(2)；
[0012]其中{Mn}，{Co}，{Mg}、{Y}和{Zr}分别表示钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金中Mn、Zr、Y、Mg和Co的重量百分比。
[0013]现有技术表明，铝合金的合金化程度相对较高，因此合金在凝固过程中极易产生元素偏析，且合金在快速冷却时产生的非平衡结晶效应会造成粗大的共晶组织在晶届处聚集。同时，合金快速冷却会在基体中产生较强的内应力。非平衡项的析出和内应力的产生均可能造成材料加工性能的下降，同时影响最终合金制品的性能(强度、韧性)。
[0014]本申请的专利技术人，采用微量的钇、锆对铝合金进行合金化，可以有效的提高合金的强度和延展性能，相比单一的添加钇元素进行改性的铝合金，性能更优，且钇的分步能够形成稳定、致密、均匀的立体抗氧化位点，不同于现有技术的平面的抗氧化膜，抗氧化性能显著提高。进一步的说，锆的分步能够形成均匀、立体、可靠的耐腐蚀层，改善铝合金的耐腐蚀性能。
[0015]针对各元素的重量百分比，专利技术人通过大量的探索性实验，不同元素的组合，获得本专利技术的元素重量百分比方案，其中{Mn}，{Co}，{Mg}、{Y}和{Zr}的百分比含量进行了严格的管控，可以达到细化铝枝晶和共晶硅的作用，显著提高铝硅合金的强韧性，同时通过有效的热处理工艺，克服了合金元素的非平衡项的析出。通过材料的成分调控，使合金可在室温时效时间内产生自然时效效果。同时能够确保钇在合金体系里均匀、有效的分布。
[0016]本专利技术中，({Mn}+{Co})/{Mg}的含量范围∈(0.75
‑
4)，本申请的专利技术人实践发现，({Mn}+{Co})的总含量以及相当于{Mg}含量的比值对钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金的综合性能影响显著。({Mn}+{Co})的总含量太低时，无法实现解决高强度和韧性的效果，但与{Mg}含量也需要关联考虑，综合考虑，选定了本专利技术的用量范围。
[0017]同时发现，Zr元素的添加，对钇的立体、均匀和有效分布有促进作用，且对提高强度有协同作用。本专利技术选定了锆、钇协同添加所需的量，以Co为基准，与Co的含量关联，确保了既能改善硅铝合金的强度和韧性，又确保抗氧化性能的提升以及耐蚀性的提升，且原料的配比最经济，加工成本合理。
[0018]Co(钴)的添加，提高强度较好。因此，从提高合金特性的角度，Co的添加量越高越好。但是，由于Co在铝基体中的固溶度比较小，过多添加失去意义。如果Co的含有量太小的话，很难有效地达到本专利技术的强度目标。因此，Co的含有量必须控制在0.2
‑
0.5％。
[0019]优选的，所述钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金各组元组分按重量百分比计如下：
[0020]Y0.2
‑
0.25％，Zr0.2
‑
0.25％，Si6.5
‑
7.5％，Mg0.25
‑
0.35％，Mn0.2
‑
0.25％，Co 0.4
‑
0.5％，Fe 0.10
‑
0.15％，其余为Al及不可避免杂质，该钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金具有满足下面式(1)、(2)的成分比例关系：
[0021]1.714≤({Mn}+{Co})/{Mg}≤3
……
(1)；
[0022]({Y}+{Zr})/{Co}＝1
……
(2)；
[0023]其中{Mn}，{Co}，{Mg}、{Y}和{Zr}分别表示钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金中Mn、Zr、Y、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金，其特征在于，各组元组分按重量百分比计如下：Y0.10
‑
0.30％，Zr 0.10
‑
0.30％，Si6
‑
8％，Mg0.2
‑
0.4％，Mn0.1
‑
0.3％，Co 0.2
‑
0.5％，Fe≤0.2％，其余为Al及不可避免杂质，该钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金具有满足下面式(1)、(2)的成分比例关系：0.75≤({Mn}+{Co})/{Mg}≤4
……
(1)；0.4≤({Y}+{Zr})/{Co}≤3
……
(2)；其中{Mn}，{Co}，{Mg}、{Y}和{Zr}分别表示钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金中Mn、Zr、Y、Mg和Co的重量百分比。2.根据权利要求1所述钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金，其特征在于，所述钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金各组元组分按重量百分比计如下：Y0.2
‑
0.25％，Zr0.2
‑
0.25％，Si6.5
‑
7.5％，Mg0.25
‑
0.35％，Mn0.2
‑
0.25％，Co 0.4
‑
0.5％，Fe 0.10
‑
0.15％，其余为Al及不可避免杂质，该钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金具有满足下面式(1)、(2)的成分比例关系：1.714≤({Mn}+{Co})/{Mg}≤3
……
(1)；({Y}+{Zr})/{Co}＝1
……
(2)；其中{Mn}，{Co}，{Mg}、{Y}和{Zr}分别表示钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金中Mn、Zr、Y、Mg和Co的重量百分比。3.根据权利要求1所述钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金，其特征在于，所述钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金各组元组分按重量百分比计如下：Y0.25％，Zr0.25％，Si7.0％，Mg0.30％，Mn0.25％，Co 0.5％，Fe 0.15％，其余为Al及不可避免杂质。4.根据权利要求1所述钇锆改性的高强度耐腐蚀硅铝合金，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜锋，叶鹏程，范福送，叶凯，王玺，樊伊兵，
申请(专利权)人：杭州福贤新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：