一种耐磨铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨铝合金，其成分按重量百分比含有：10～12％Si；8～12％Mg；0.8～1.6％Fe；0.3～0.7％Mn；0.3～0.7％Cr；0.05～0.1％Sr；余量为铝。本发明专利技术还公开了上述耐磨铝合金的制备方法。本发明专利技术的耐磨铝合金采用Mn‑Cr元素复合变质，并辅以振动铸造工艺，使得Fe相从长针状变为颗粒状，优化了合金中Fe相形貌，硬度值显著提高，磨损过程中承载能力得以提高，耐磨性能明显改善，抗拉强度显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨铝合金及其制备方法
本专利技术涉及铝合金及其制备领域，特别涉及一种耐磨铝合金及其制备方法。
技术介绍
铝合金作为应用量仅次于钢铁材料的第二大金属结构材料，废杂铝的回收再利用是社会可持续发展的必然要求。由于铝合金部件使用过程中与Fe基部件的接触配合或利用Fe基连接件进行组装，因此废杂铝回收重熔后往往呈现高Fe含量，调查发现，再生铝硅合金Fe含量质量比一般都大于0.6％，甚至高达2～3％；而Fe在铝合金中主要以针状β-Fe相形式存在，严重地割裂基体，对铝合金的力学性能危害巨大，而目前尚无特别有效的除Fe技术，因此铝合金的高Fe含量很大程度上阻碍了再生铝在结构性部件的广泛使用。目前约80％再生铝合金主要应用于汽车发动机的零部件以实现汽车的轻量化，如气缸活塞等，而该类型的零部件则需要较高的耐高温磨损性能，对再生铝合金直接应用于汽车零部件提出了较高要求，如能由再生铝合金直接利用并制备出高耐磨的铝基合金材料，可为再生铝的拓展利用提供一条新的途径。公开号为CN104451280A的中国专利技术专利公开了一种含Fe的耐磨铝合金材料，其制备过程采用粉末压制后高温烧结成型法制备一种耐磨铝合金，具有良好的常温机械性能，提高了合金的耐磨性能。但该工艺首先需要制备粉体，然后进行粉末压制，成型过程较为复杂，成本较高，不利于实际生产。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种耐磨铝合金，硬度高，耐磨性能优异。本专利技术的另一目的在于提供上述耐磨铝合金的制备方法，改善合金的力学性能。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种耐磨铝合金，其成分按重量百分比含有：所述的耐磨铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)以富Fe铝材、纯Mg、纯Al、Al-10Mn中间合金、Al-10Cr中间合金、Al-10Sr中间合金为原料，按成分称量原料；(2)熔化步骤(1)称量的原料，得到熔体；(3)对步骤(2)得到的熔体进行除气、除杂精炼并拔渣，继续静置2～5min出炉浇铸；(4)对步骤(3)得到的熔体进行铸造成型，得到耐磨铝合金。步骤(4)所述铸造成型采用振动铸造成型工艺。所述振动铸造成型，具体为：将步骤(3)得到的熔体浇注到已预热到190～210℃的金属型模具中，模具放置在振动频率为100～200Hz的振动台上，熔体在振动状态下凝固成型。步骤(2)所述熔化步骤(1)称量的原料，得到熔体，具体为：将富Fe铝材、纯Al、Al-10Mn、Al-20Si、Al-10Cr、Al-10Sr中间合金一起熔化，熔化温度为740～760℃，熔至半固态时加入纯Mg，并继续保温，待全部熔化后，升温至770～780℃，搅拌均匀，保温10～20min，得到熔体。步骤(3)所述精炼，具体为：加入2#精炼剂进行精炼除气，2#精炼剂的化学成分包含Na2SiF6、KCl、Na3AlF6和C2Cl6。所述富Fe铝材为富Fe的A356再生铝合金。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的耐磨铝合金采用Mn-Cr元素复合变质长针状Fe相，优化了合金中Fe相形貌。(2)本专利技术的耐磨铝合金的制备方法，利用振动破碎原理，使得合金组织更加致密、均匀细小。(3)本专利技术将组织变质与振动铸造工艺复合，利用协同作用从而显著提高了合金的硬度，充分发挥合金相的承载能力，耐磨性能显著提升，抗拉强度明显改善。(4)本专利技术的耐磨铝合金主要以富Fe再生铝合金为原材料，来源丰富，成本低廉，成型工艺简单，易于实现工业化批量生产。附图说明图1为对比例1Al-12Si-10Mg-1.3Fe合金普通铸造条件下的扫描照片图。图2为实施例1Al-10Si-10Mg-1.3Fe-0.3Mn-0.7Cr-0.05Sr合金普通铸造条件下的扫描照片图。图3为实施例2Al-12Si-12Mg-0.8Fe-0.7Mn-0.3Cr-0.1Sr合金振动浇注条件下的扫描照片图。图4为实施例3Al-12Si-10Mg-1.6Fe-0.5Mn-0.5Cr-0.1Sr合金振动浇注条件下的扫描照片图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。对比例1Al-12Si-10Mg-1.3Fe合金的普通铸造法制备本实施例所用的原料包括富Fe再生铝合金、纯铝、纯Mg、Al-20Si中间合金。成型方法为：先按重量百分比：Si：12％，Mg：10％，Fe：1.3％，余量为Al。其中Fe利用富Fe再生A356铝合金进行调配，不足的Al量利用纯铝进行调配。在740℃条件下熔化富Fe再生A356铝合金、纯铝、Al-20Si合金，在熔化至半固态时再向熔体中加入已称量好的纯Mg，待全部熔化后，人工搅拌，使其成分均匀，升温至770℃，保温10min。用2#精炼剂(化学成分包含Na2SiF6、KCl、Na3AlF6和C2Cl6)进行精炼，静置5分钟，保持金属液的温度770℃，扒渣后浇注到已预热到200℃的金属型模具中，得到铸件。为了说明上述合金的组织和性能特性，本对比例首先制备了金相试样进行组织观察，并利用HB-3000型布氏硬度计测试合金的硬度值。同时制备了摩擦磨损试样，在M-2000型摩擦磨损试验机上测试合金耐磨性能，其中试样尺寸为10mm×10mm×6mm，载荷为200N，转速为214r/min，摩擦副材质为GCr15轴承钢，表面硬度为HRC60～62，直径为47mm，磨损时间为20min。采用AG-X100KN精密电子万能试验机进行室温拉伸性能测试，拉伸速度为0.5mm/min。测试结果见表1。图1为Al-12Si-10Mg-1.3Fe合金扫描照片，从图1中可以看出，合金组织主要存在颗粒状的Mg2Si相，长针状的Fe相。该合金的硬度值为95HBS。磨损量为10.2mg，磨损过程中由于长针状Fe相的存在，易于发生粘着转移并诱发剧烈的粘着磨损。其抗拉强度只有69MPa，发生明显的脆性断裂。实施例1Al-10Si-10Mg-1.3Fe-0.3Mn-0.7Cr-0.05Sr合金的普通铸造法制备本实施例所用的原料包括富Fe再生铝合金、纯铝、纯Mg、Al-20Si、Al-10Cr、Al-10Mn、Al-10Sr中间合金。成型方法为：先按重量百分比：Si：10％，Mg：10％，Fe：1.3％，Mn：0.3％，Sr：0.7％，Sr：0.05％，余量为Al。其中Fe利用富Fe再生A356铝合金进行调配，不足的Al量利用纯铝进行调配。在740℃条件下熔化富Fe再生A356铝合金、纯铝、Al-20Si、Al-10Cr、Al-10Mn、Al-10Sr合金，在熔化至半固态时再向熔体中加入已称量好的纯Mg，待全部熔化后，人工搅拌，使其成分均匀，升温至770℃，保温10min。用2#精炼剂进行精炼，静置5分钟，保持金属液的温度770℃，扒渣后浇注到已预热到190℃的金属型模具中凝固得到铸件。为了说明本实施例所制备合金的组织和性能特性，对合金进行了组织观察，硬度、磨损和拉伸力学性能测试。测试方法与对比例1一致。测试结果见表1。图2为Al-12Si-10Mg-1.3Fe-0.3Mn-0.7Cr-0.05Sr合金扫描照片，本实施例与对比例1具有相同的相组成，但长针状Fe相被碎化，显著减小了长针状Fe相对于基体的割裂作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨铝合金，其特征在于，其成分按重量百分比含有：

【技术特征摘要】
1.一种耐磨铝合金，其特征在于，其成分按重量百分比含有：2.权利要求1所述的耐磨铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以富Fe铝材、纯Al、纯Mg、Al-10Mn中间合金、Al-10Cr中间合金、Al-10Sr中间合金为原料，按成分称量原料；(2)熔化步骤(1)称量的原料，得到熔体；(3)对步骤(2)得到的熔体进行除气、除杂精炼并拔渣，继续静置2～5min出炉浇铸；(4)对步骤(3)得到的熔体进行铸造成型，得到耐磨铝合金。3.根据权利要求2所述的耐磨铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述铸造成型采用振动铸造成型工艺。4.根据权利要求3所述的耐磨铝合金的制备方法，其特征在于，所述振动铸造成型，具体为：将步骤(3)得到的熔体浇注到已预热到190～210℃的金属型模具中，模具放置在振动频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜军，吴桃泉，许德英，黄毅，曹东，李文芳，彭旋，吴春林，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州金邦液态模锻技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44