【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铝铜合金铸造，尤其涉及一种原位颗粒增强铝铜合金及其制备方法。
技术介绍
1、铝铜系合金具有良好的室温和高温力学性能以及切削加工性能，已在汽车部件中特别是发动机缸体零件中得到广泛应用。而为了进一步提高合金的力学性能，业界开始将tib2作为增强颗粒引入铝合金基体中，从而起到增强作用。tib2增强颗粒的引入可以有效地增强合金的室温和高温下的力学性能，又可以提高合金的蠕变性能，从而满足发动机使役性能的需要。
2、但是增强颗粒在加入到熔体中时会发生团簇现象，从而影响合金熔体的粘度，一定程度降低了合金的流动性，同时在冷却后，增强颗粒团簇会在晶界处聚集，在形变时造成应力集中，降低了合金的伸长率。
3、中国专利，cn110129641b，一种高性能原位tib2颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，主合金元素cu含量在4.5％-5.3％，并含有mn、ti、cd、zr、v、y等元素，制备方法为将氟硼酸钾(kbf4)、氟钛酸钾(k2tif6)混合后，与酒精压制成预制块，放入电热鼓风干燥箱干燥后备用，预制块中的tib2增强颗粒的以逐层剥离的形式熔入熔炼后的金属液中进行反应，反应后采用抽取金属液的方式将反应所得的金属液和熔盐分离，然后将分离所得的金属液精炼、浇注即可，最终得到增强颗粒分布均匀，颗粒尺寸均匀细小的复合材料，复合材料的抗拉强度有所提高。但此材料合金元素含量较多，需要较多种类的中间合金，同时混合盐需要预先与酒精压制成预制块，这都提升了熔炼现场的操作难度，同时较高的合金含量会提升合金熔体粘度，从而减低合金的成型能
4、上述专利中制备的增强颗粒铝铜合金力学性能有所提升，但是其需要一定预处理制备工艺，同时对由于zr元素的存在，在加入tib2强化颗粒后，可能会形成(ti，zr)b2化合物，从而降低的tib2颗粒对合金的细化和强化作用，不利于合金性能的提升。另外，虽然目前增强颗粒已在铝合金领域中有较广泛的应用，但是在铸造铝铜合金中的作用探索较少。为此本专利提供一种操作简易的、能够提升合金力学性能的原位tib2颗粒铸造铝铜合金及其制备方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种原位颗粒增强铝铜合金及其制备方法，以解决现有铝铜系合金中tib2增强颗粒在熔体中易发生团簇，从而降低合金性能的问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种原位颗粒增强铝铜合金，按照重量百分比计，所述铝铜合金包括如下组分：6.0％＜cu＜7.5％，0.3％＜mn＜0.5％，0.2％＜cd＜0.5％，0.1％＜zr＜0.3％，0.05％＜ti＜0.5％，0＜v＜0.2％，0.005＜b＜0.5％，0＜ce＜0.5％，余量为al。
3、本专利技术中，cu是铝铜合金的主要强化元素，主要通过形成al2cu相来提高合金的强度和硬度。cu含量为6.0wt.％-7.5wt.％可以获得良好的强度-塑性平衡。如果cu含量≤6.0wt.％，合金强度可能不足；≥7.5wt.％则可能导致过多的al2cu相形成，使合金变脆。
4、mn主要用于提高合金的抗腐蚀性和高温强度，同时可以细化晶粒。mn含量为0.3wt.％-0.5wt.％时，mn可以形成弥散的al6mn相，有效提高合金性能。mn含量≤0.3wt.％可能无法达到预期的强化效果；≥0.5wt.％可能导致过多的粗大mn化合物形成，反而降低合金的塑性。
5、cd可以提高合金的抗蠕变性能和高温强度。cd含量为0.2wt.％-0.5wt.％时，可均匀分布在晶界上，有效阻碍位错运动。cd含量≤0.2wt.％可能无法达到预期的抗蠕变效果；≥0.5wt.％可能导致镉的毒性问题，同时过多的cd也可能降低合金的延展性。
6、zr主要用于细化晶粒和提高合金的再结晶温度。zr含量为0.1wt.％-0.3wt.％时，可形成细小的al3zr相，有效钉扎晶界。zr含量≤0.1wt.％可能无法达到预期的细化效果；≥0.3wt.％可能导致过多的zr与ti、b反应，影响tib2颗粒的形成。
7、ti主要用于形成原位tib2颗粒和细化晶粒。ti含量为0.05wt.％-0.5wt.％时，ti可与b反应形成均匀分布的tib2颗粒。ti含量≤0.05wt.％可能无法形成足够的tib2颗粒；≥0.5wt.％可能导致过多的粗大tib2颗粒形成，影响合金的塑性。
8、v可以提高合金的高温强度和抗蠕变性能。v含量为0wt.％-0.2wt.％时，可形成细小的弥散相，更为优选的，v含量为0.05wt.％-0.2wt.％时。v含量≥0.2wt.％可能导致过多的v化合物形成，影响合金的塑性。
9、b主要用于与ti反应形成tib2颗粒。b含量为0.005wt.％-0.5wt.％时，可充分与ti反应。b含量≤0.005wt.％可能无法形成足够的tib2颗粒；≥0.5wt.％可能导致过多的自由硼存在，影响合金的电导率。
10、ce可以细化晶粒，改善合金的高温性能。ce含量为0wt.％-0.5wt.％时，可有效改善第二相的形貌，更为优选的，ce含量为0.2wt.％-0.5wt.％。ce含量≥0.5wt.％可能导致过多的ce化合物形成，影响合金的塑性和加工性能。
11、另一方面，本专利技术提供了一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：
12、s1、按照合金的组成比例，将cu、mn、zr、v、al和cd对应的原料混合进行预热，形成第一原料；
13、s2、将第一原料加热熔化形成熔体，静置冷却至740-760℃，然后对熔体进行精炼；
14、s3、将ti、b和ce对应的原料混合进行预热，形成第二原料；步骤s2中精炼后的熔体加热，将第二原料加入至熔体搅拌，然后静置冷却至740-760℃，进行浇注，得到所述铝铜合金。
15、具体地，步骤s1、s2中通过对原料进行预热可减少熔化过程中的能量消耗和氧化损失；随后的熔化和精炼过程确保了合金成分的均匀性和纯净度。步骤s3中，将k2tif6、kbf4、ceo2混合物加入到铝铜合金熔体中，能够分散原位生成的tib2颗粒，减少tib2在晶界处的聚集，从而细化初生晶粒同时有效减小合金的二次枝晶间距。控制在740-760℃进行浇注，既保证了合金的流动性，又避免了过高温度可能导致的组织粗化。这种分步加料和温度控制的方法不仅简化了操作，还有效解决了传统方法中tib2颗粒团簇的问题，同时通过ce的作用优化了微观结构。因此，该方法能够制备出具有均匀分布tib2颗粒、优化第二相形貌和细化晶粒结构的高性能铝铜合金，显著提升了合金的综合力学性能。
16、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中，cu、mn、zr、v分别以al-cu合金、al-mn合金、al-zr合金、al-v合金的形式加入，所述al-cu合金中cu含量为50wt.％，al-mn合金中mn含量为10wt.％，al-zr合金中zr含量为10wt.％，al-v合金中v含量为10wt.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位颗粒增强铝铜合金，其特征在于：按照重量百分比计，所述铝铜合金包括如下组分：6.0％＜Cu＜7.5％，0.3％＜Mn＜0.5％，0.2％＜Cd＜0.5％，0.1％＜Zr＜0.3％，0.05％＜Ti＜0.5％，0＜V＜0.2％，0.005＜B＜0.5％，0＜Ce＜0.5％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤S1中，Cu、Mn、Zr、V分别以Al-Cu合金、Al-Mn合金、Al-Zr合金、Al-V合金的形式加入，所述Al-Cu合金中Cu含量为45-55wt.％，Al-Mn合金中Mn含量为8-12wt.％，Al-Zr合金中Zr含量为8-12wt.％，Al-V合金中V含量为8-12wt.％，所述Al和Cd以纯金属的形式加入。
4.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤S1中，预热温度为100-140℃，预热时间为1-2h。
5.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强
6.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤S3中，Ti、B和Ce分别以K2TiF6粉末、KBF4粉末、CeO2粉末的形式混合并预热加入熔体中。
7.如权利要求6所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：所述K2TiF6粉末、KBF4粉末、CeO2粉末的粒径为0.5-1.5μm。
8.如权利要求6所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：所述K2TiF6粉末中Ti含量为0.4-0.6wt.％，KBF4粉末中B含量为0.8-1.2wt.％，CeO2粉末中Ce含量为0.4-0.6wt.％。
9.如权利要求6所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤S3中，精炼后的熔体加热至820-880℃，将第二原料加入熔体，于820-880℃保温40-80min后再进行搅拌。
10.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述铝铜合金中包括：弥散分布的原位TiB2颗粒，以及呈不连续骨架状分布的Al2Cu和Al6Mn第二相。
...【技术特征摘要】
1.一种原位颗粒增强铝铜合金，其特征在于：按照重量百分比计，所述铝铜合金包括如下组分：6.0％＜cu＜7.5％，0.3％＜mn＜0.5％，0.2％＜cd＜0.5％，0.1％＜zr＜0.3％，0.05％＜ti＜0.5％，0＜v＜0.2％，0.005＜b＜0.5％，0＜ce＜0.5％，余量为al。
2.如权利要求1所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤s1中，cu、mn、zr、v分别以al-cu合金、al-mn合金、al-zr合金、al-v合金的形式加入，所述al-cu合金中cu含量为45-55wt.％，al-mn合金中mn含量为8-12wt.％，al-zr合金中zr含量为8-12wt.％，al-v合金中v含量为8-12wt.％，所述al和cd以纯金属的形式加入。
4.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤s1中，预热温度为100-140℃，预热时间为1-2h。
5.如权利要求2所述的一种原位颗粒增强铝铜合金的制备方法，其特征在于：步骤s2中，精炼具体包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝海，王依山，姜凯曦，白玉，于巍，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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