一种细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法技术

本发明专利技术属于铸造铝合金的技术领域，公开了一种细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法。方法：1)根据目标合金，确定先驱母合金共晶铝合金和另一先驱母合金过共晶铝合金，并确定两者的混合比；根据混合比分别称取原料含铝中间合金和/或纯铝，获得共晶铝合金原料和过共晶铝合金原料；2)将共晶铝合金原料和过共晶铝合金原料分别置于加热装置中进行熔化，静置保温，精炼除渣；3)将两熔体混匀，静置保温，浇铸成型。本发明专利技术的方法有效细化含Fe/Ni的过共晶铝合金合金相，使得过共晶铝合金组织均匀细小，综合性能效果显著，实现了铝合金导热、力学和膨胀性能的同步提升，且方法简便易行，生产成本低，适用性广。适用性广。

【技术实现步骤摘要】
一种细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法


[0001]本专利技术涉及铸造铝合金
，具体涉及一种细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法。

技术介绍

[0002]铝具有低的密度、优异的导热导电、良好的耐腐蚀等优异特性，对其进行合金化可以进一步提高其力学性能，从而使其兼具低密度、高比强、耐腐蚀等的优异综合性能。铝合金已成为仅次于钢铁材料的第二大金属结构材料，广泛应用于建筑、汽车等领域。除充分发挥铝合金的力学特性应用于工程结构领域外，利用铝合金的导热导电等功能特性，也被广泛用于电缆和散热器件的生产和制备。
[0003]Si是铝合金中应用最为广泛的合金元素，其中Al
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Si系合金也是常见的铸造铝合金系列。Si加入后除可以提升力学外，还有利于改善合金的耐磨性能，并降低其热膨胀系数，特别是对于Si含量超过共晶点(12.6％)成分的Al
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Si系合金，如A390(16～18％Si、4～5％Cu、0.45～0.65％Mg、0.2～0.5％Fe)合金，被广泛应用于发动机活塞。但是，Si会显著降低铝合金的导热系数，特别是Si相粗大，基体中溶解度较大时，降低幅度更为显著，基于铸造工艺生产的A390合金其导热系数一般在80～90W/(m
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K)，不适于对散热性能要求高的领域，如通讯基站滤波器、散热基板等。随着新能源汽车等领域的快速发展，对兼具高导热和低热膨胀性能，确保必要的力学性能，且适于铸造成型的铝合金研制与组织和性能调控显得较为迫切。
[0004]在铝的常见合金化元素中，Fe和Ni在Al中的溶解度较低，对Al的导热性能影响小。同时Fe和Ni与Al熔体反应生成低热膨胀系数的合金相，如Al
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Fe4，Al3Ni和Al9FeNi。比较Fe和Ni发现，Fe更有利于热膨胀系数降低，但导热系数下降幅度相对较大，而Ni对铝合金导热系数的影响相对较小，但热膨胀系数降低幅度相对较低。因此，Al
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Fe
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Ni是有望实现高导热低膨胀性能的铸造铝合金体系。材料的热膨胀系数主要与合金中低膨胀相的体积分数有关。为了降低Al
‑
Fe
‑
Ni合金的热膨胀系数，需大幅提高合金元素含量，生成大体积分数合金相，此时合金成分远超共晶成分点，则初生相必然粗大，导致制品质量差，对合金的力学、导电和导热性能产生不利影响。因此，控制初生相的形貌和分布是制备具有均匀组织、优异力学和导电/导热性能的过共晶铝合金的关键。细化初生相的方法主要可以分为两类，一是通过工艺改进铸造过程的方法，如定向凝固、快速凝固、电磁凝固以及半固态凝固技术等，但工艺复杂，设备昂贵且实验条件较为严苛；另一种是变质细化法，但容易引入其他的杂质元素。
[0005]针对典型的过共晶Al
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Si基铸造铝合金体系，中国专利技术专利CN102839291A和CN102864350A公布了免变质细化过共晶铝硅合金中初生硅相的制备方法，将高硅合金和纯铝按照不同质量比混合得到过共晶铝硅合金。其制备过程为：利用两个电炉分别熔化Al
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25％Si和纯铝，经精炼除渣，然后将Al
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25％Si合金和纯铝熔体按照2.57∶1～7.33∶1的质量比进行混合，并适当搅拌静置保温后浇铸，制备的合金不需进行变质处理即可得到尺寸细
小、形状规整的初生硅相。上述两专利技术有别于传统的直接熔炼获得特定组分合金，而是在不同温度下分别熔化两种不同组分合金，然后混合后迅速浇铸，利用熔体中更为显著的能量和浓度起伏，实现组织细化，特别是过共晶Al
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Si合金中初生Si相的细化。
[0006]过共晶Al
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Si合金中的初生Si相在凝固过程中从Si组元中直接析出，而针对含Fe/Ni的过共晶Al合金体系，因其初生相是通过组元间发生化学反应析出，与过共晶Al
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Si合金体系存在显著区别。实验表明，基于上述专利技术公开的技术不适于含Fe/Ni过共晶合金体系初生相细化。
[0007]针对含Fe/Ni的合金体系，中国专利CN104658630A公布了一种高导电、高导热的铝铁镍稀土铝合金，该申请通过控制添加0.2％～0.6％Fe，0.3％～0.8％Ni，0.2％～0.6％混合稀土以及0.1％～0.5％Mg/Cu/Mn添加剂，制备得到的铝合金电导率≥61.8％IACS，导热系数≥225W/(m
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K)，具有良好的导电和导热性能，适用于电缆材料，但其线膨胀系数较高。中国专利CN113502419A公开了一种高导热低膨胀变形铝合金及其制备方法。该申请通过添加1.5～2.5％Fe，1.0～2.0％Ni，采用Yb和/或Mg复合变质，结合机械振动铸造、退火处理以及轧制变形处理改善合金的微观组织形貌，实现了合金的导热性能、热膨胀系数和力学性能的多目标平衡优化。然而该专利技术主要是通过轧制变形实现组织细化和性能提升，工艺相对复杂，不适于复杂零部件制备。
[0008]为解决上述问题，本专利技术针对含Fe/Ni的过共晶合金体系公开了一种细化其初生相的铸造工艺，可以很好地实现导热和力学性能同步提升，且具有较低热膨胀系数的过共晶合金制备，从而满足当前通讯基站滤波器、散热基板等领域对高导热低膨胀铸造铝合金及其制备的需求。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法。本专利技术与传统工艺方法最显著区别是：将共晶组分合金和过共晶组分合金在不同温度下分别熔炼，然后按一定比例混合，获得过共晶组分合金熔体，最后快速搅拌，浇铸冷却得到铸锭。本专利技术的方法简单，细化了过共晶铝合金中合金相，使得铸件具有组织细化、偏析程度低、热裂倾向小等显著优势，实现了导热和力学性能同步提升，且获得具有较低热膨胀系数的过共晶合金。
[0010]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0011]一种细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法，包括如下步骤：
[0012](1)母合金配制：根据性能要求设计所需目标合金铝合金，先确定目标合金对应的先驱母合金共晶铝合金即共晶组分合金，然后根据共晶铝合金与另一先驱母合金过共晶组分合金即过共晶铝合金的质量混合比，计算得到过共晶组分合金即过共晶铝合金的成分，使得混合后熔体中各元素的质量比与目标合金一致；或者根据目标合金和共晶组分合金即共晶铝合金，设计过共晶组分合金即过共晶铝合金的成分，根据共晶铝合金与过共晶铝合金的成分设计两者的混合比，使得混合后熔体中各元素的质量比与目标合金一致；根据共晶铝合金和过共晶铝合金的质量混合比以及两者中元素在各自合金中含量，分别称取原料含铝中间合金和/或纯铝，从而获得共晶铝合金原料和过共晶铝合金原料；目标合金为含镍铝合金和/或含铁镍铝合金；
[0013](2)熔化铝合金：将共晶铝合金原料和过共晶铝合金原料分别置于加热装置中进行熔化，静置保温，获得共晶铝合金熔体和过共晶铝合金熔体；
[0014](3)熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)母合金配制：根据性能要求设计所需目标合金铝合金，根据目标合金先确定对应的先驱母合金共晶铝合金，然后根据共晶铝合金与另一先驱母合金过共晶铝合金的质量混合比，计算得到过共晶铝合金的成分，使得混合后熔体中各元素的质量比与目标合金一致；或者根据目标合金和共晶铝合金，设计过共晶铝合金的成分，根据共晶铝合金与过共晶铝合金设计两者的混合比，使得混合后熔体中各元素的质量比与目标合金一致；根据共晶铝合金和过共晶铝合金的质量混合比以及两者中元素在各自合金中含量，分别称取原料含铝中间合金和/或纯铝，从而获得共晶铝合金原料和过共晶铝合金原料；目标合金为含镍铝合金和/或含铁镍铝合金；(2)熔化铝合金：将共晶铝合金原料和过共晶铝合金原料分别置于加热装置中进行熔化，静置保温，获得共晶铝合金熔体和过共晶铝合金熔体；(3)熔体精炼除渣：对步骤(2)的共晶铝合金熔体和过共晶铝合金熔体进行精炼除渣处理；(4)母合金熔体混合：将步骤(3)的共晶铝合金熔体和过共晶铝合金熔体混匀，静置保温，获得目标合金的熔体；(5)混合熔体浇铸成型；所述共晶铝合金为含镍或含铁镍的共晶铝合金，所述过共晶铝合金为含镍或含铁镍的过共晶铝合金。2.根据权利要求1所述细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法，其特征在于：步骤(1)中所述目标合金为Al
‑
yNi合金时，y＞6，Al：Ni的质量比为(100
‑
y)：y，共晶铝合金为Al
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6Ni合金，过共晶铝合金为Al
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xNi，x＞6且x＞y；所述目标合金为Al
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mFe
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nNi合金时，m＞1.75，n＞1.25，A1：Fe：Ni的质量比为(100
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m
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n)：m：n，共晶铝合金为Al
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1.75Fe
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1.25Ni合金，过共晶铝合金为Al
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xFe
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yNi，x＞1.75，y＞1.25，且x＞m，y＞n。3.根据权利要求1所述细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法，其特征在于：所述共晶铝合金和过共晶铝合金的质量混合比为1∶1～1∶4。4.根据权利要求1所述细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法，其特征在于：所述共晶铝合金原料熔化的温度为共晶铝合金的液相线温度+30～+80℃，过共晶铝合金原料熔化的温度为过共晶铝合金的液相线温度+30～+80℃；过共晶铝合金原料熔化的温度高于共晶铝合金熔化的温度。5.根据权利要求1所述细化过共晶铝合金中合金相的铸造方法，其特征在于：步骤(2)中熔化后，搅拌混匀，然后静置保温；静置保温的时间为5～20min；步骤(3)精炼除渣处理是指加入精炼剂和除渣剂，进行精炼除渣，静置保...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜军，莫丽玲，江民浩，林铭贤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：