【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料，具体为稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料的制备方法。
技术介绍
1、6061铝合金作为一种典型的可热处理强化铝合金，因其优良的机械性能、较高的耐腐蚀性以及较低的密度，广泛应用于航空航天、汽车制造和模具工业等领域。
2、然而，现有的6061铝合金在半固态铸造过程中仍存在多个技术瓶颈限制了其在高性能制造领域的进一步推广。
3、首先，传统6061铝合金的晶粒较为粗大，尤其是在半固态液固两相共存区时，由于固相颗粒容易发生团聚和长大，导致铸件的晶粒组织不均匀，从而使材料的力学性能(如抗拉强度、硬度和延伸率)显著下降。现有技术中虽然尝试加入细化剂或通过机械搅拌工艺来控制晶粒，但效果有限，难以满足复杂高强度构件的应用要求。
4、其次，6061铝合金的内部缺陷问题较为突出。在半固态铸造中，由于冷却控制不均或固相颗粒分布不稳定，铸件中容易产生气孔、缩松和夹杂物等缺陷，这些缺陷严重削弱了铸件的内部质量和疲劳性能。现有技术中常采用均匀冷却或模具改进来优化内部结构，但这些方法的控制精度不足，导致铸件质量波动较大。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料的制备方法，解决了现有技术在晶粒粗大、组织不均匀、力学性能不足以及内部缺陷较多的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料，以重量百分比计包括：锌0.8％-1
3、稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将稀土元素钇、钼和镧按比例1:1:0.5-1混合，通过球磨、高温烧结和气流雾化工艺制备粒径为0.01mm-0.03mm的稀土复合颗粒；
5、s2、将高纯铝锭在感应熔炼炉中加热至700℃-750℃完全熔化后，按以下顺序加入强化元素：
6、a.在熔体温度保持在710℃-730℃时，依次加入镁、硅和锌；
7、b.接着加入铜和锰；
8、c.最后加入稀土复合颗粒；
9、s3、将熔体冷却至600℃-630℃的液固两相区，采用双轴机械搅拌装置进行搅拌，使固相颗粒均匀分布；
10、s4、将处理后的熔体注入预热至380℃-420℃的金属模具中，利用分区冷却系统控制温度梯度为10℃/mm-20℃/mm，使铸件完成定向凝固；
11、s5、对铸件进行热处理，包括固溶处理与时效处理。
12、具体的，s1：稀土复合颗粒的制备：稀土元素钇(y)、钼(mo)和镧(la)按比例1:1:0.5-1混合，这种比例确保稀土元素之间的协同作用，钇主要起到晶粒细化作用，钼提供热稳定性，而镧可以促进基体组织的均匀化。
13、将混合稀土通过球磨设备以400rpm的速度进行机械球磨，使稀土颗粒均匀分散，同时提高颗粒的反应活性。
14、球磨后的混合粉末在高温烧结炉中以450℃-500℃的温度烧结2-4小时，这一过程能够进一步增强稀土复合颗粒的内部结构稳定性。
15、烧结后的稀土块料采用气流雾化工艺，通过700℃-720℃的高温以及高速气流(气压0.3mpa-0.5mpa)将其雾化为粒径为0.01mm-0.03mm的微小颗粒。
16、s2：强化元素的分步骤加入：
17、将高纯铝锭(纯度≥99.9％)置于感应熔炼炉中加热至700℃-750℃，确保铝锭完全熔化并形成纯净的铝基体熔体。
18、步骤a：在熔体温度稳定在710℃-730℃时，依次加入镁(0.5％-0.7％)、硅(0.4％-0.6％)和锌(0.8％-1.2％)。这些元素迅速溶解并与铝基体形成初始的强化相。
19、步骤b：加入铜(0.3％-0.5％)和锰(0.05％-0.1％)，这些元素增强合金的热处理响应性和抗疲劳性能。
20、步骤c：最后加入制备好的稀土复合颗粒，通过高剪切机械搅拌器以400rpm-600rpm的速度进行搅拌，确保稀土颗粒均匀分散。
21、s3：液固两相区处理与搅拌：将熔体逐渐冷却至600℃-630℃，这一温度区间处于铝合金的液固两相区，确保液相与固相共存，固相颗粒的含量约为30％-50％。
22、使用双轴机械搅拌装置进行搅拌，搅拌速度控制在300rpm-400rpm，每5分钟切换一次搅拌方向，以增强固相颗粒的均匀分布。
23、搅拌时间为12-15分钟，在搅拌过程中，熔体表面通过注入氩气与六氟化硫(3:1)混合气体进行保护，防止氧化。
24、s4：模具浇注与定向凝固：将处理后的熔体注入预热至380℃-420℃的金属模具，模具表面涂覆纳米陶瓷基隔热涂层以降低热冲击风险。
25、模具分区冷却系统的底部通入冷却水，流量控制在2l/min-5l/min；顶部通入冷却气体(氩气或空气)，流速为1.0m3/h-2.0m3/h，冷却梯度控制为10℃/mm-20℃/mm。
26、利用分区冷却实现方向性凝固，铸件从底部向顶部逐渐凝固，减少缩松和气孔的形成。
27、s5：铸件的热处理：
28、固溶处理：将铸件缓慢升温至500℃-520℃，保温1小时，然后升至540℃-560℃，再保温1.5-2小时，目的是使强化元素充分固溶于铝基体中，形成均匀的过饱和固溶体。
29、时效处理：第一阶段在160℃-170℃保温4-6小时，第二阶段升温至180℃-190℃保温2-3小时，促进析出强化相的形成。
30、优选的，所述s1步骤中通过流化床高温烧结的温度为400℃-500℃，烧结时间为2-4小时，气流雾化的温度为680℃-720℃。
31、优选的，所述s2步骤中强化元素加入比例为：镁、硅和锌的加入量为0.5％-0.8％、0.4％-0.7％、0.8％-1.5％，铜和锰的加入量分别控制为0.2％-0.5％、0.05％-0.12％。
32、优选的，所述s2步骤c中的稀土复合颗粒添加量为铝合金总重量的0.3％-0.6％，通过高剪切机械搅拌器搅拌时，搅拌器的转速控制在400rpm-600rpm，搅拌时间为8-12min。
33、优选的，所述s3步骤中搅拌速度为250rpm-400rpm，搅拌时间为12-15min，搅拌过程中切换旋转方向的时间间隔为3-5min。
34、优选的，所述s3步骤中液固两相区冷却过程中熔体的表面保护采用氩气与六氟化硫的混合气体，混合比例为3:1-5:1，注入气体流速为0.3m3/h-0.7m3/h。
35、优选的，所述s4步骤中分区冷却系统的冷却方式包括底部通过冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料，其特征在于，以重量百分比计包括：锌0.8％-1.2％；镁0.5％-0.7％；硅0.4％-0.6％；钴：0.05％-0.1％；锂0.3％-0.5％；铜0.3％-0.5％；钇0.1％-0.3％；钼0.05％-0.1％；钛0.02％-0.08％；铝93％-95％。
2.稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，根据权利要求1所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述S1步骤中通过流化床高温烧结的温度为400℃-500℃，烧结时间为2-4小时，气流雾化的温度为680℃-720℃。
4.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述S2步骤中强化元素加入比例为：镁、硅和锌的加入量为0.5％-0.8％、0.4％-0.7％、0.8％-1.5％，铜和锰的加入量分别控制为0.2％-0.5％、0.05％-0.12％。
5.根据权
6.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述S3步骤中搅拌速度为250rpm-400rpm，搅拌时间为12-15min，搅拌过程中切换旋转方向的时间间隔为3-5min。
7.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述S3步骤中液固两相区冷却过程中熔体的表面保护采用氩气与六氟化硫的混合气体，混合比例为3:1-5:1，注入气体流速为0.3m3/h-0.7m3/h。
8.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述S4步骤中分区冷却系统的冷却方式包括底部通过冷却水流降温以及顶部通过冷却气体降温。
9.根据权利要求8所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述冷却水流的流量控制为2L/min-5L/min，冷却气体流速控制为1.0m3/h-2.0m3/h。
10.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述S5步骤中固溶处理的升温速率为5℃/min-15℃/min，时效处理第一阶段在160℃-170℃保温时间为4-6小时，第二阶段升温至180℃-190℃后保温时间为2-3小时。
...【技术特征摘要】
1.稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料，其特征在于，以重量百分比计包括：锌0.8％-1.2％；镁0.5％-0.7％；硅0.4％-0.6％；钴：0.05％-0.1％；锂0.3％-0.5％；铜0.3％-0.5％；钇0.1％-0.3％；钼0.05％-0.1％；钛0.02％-0.08％；铝93％-95％。
2.稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，根据权利要求1所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述s1步骤中通过流化床高温烧结的温度为400℃-500℃，烧结时间为2-4小时，气流雾化的温度为680℃-720℃。
4.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述s2步骤中强化元素加入比例为：镁、硅和锌的加入量为0.5％-0.8％、0.4％-0.7％、0.8％-1.5％，铜和锰的加入量分别控制为0.2％-0.5％、0.05％-0.12％。
5.根据权利要求2所述的稀土合金化改性6061铝合金半固态铸造材料制备方法，其特征在于，所述s2步骤c中的稀土复合颗粒添加量为铝合金总重量的0.3％-0.6％，通过高剪切机械搅拌器搅拌时，搅拌器的转速控制在400rp...
【专利技术属性】
技术研发人员：史可人，肖巧威，王子妍，李晓宇，黄河，李大铭，闫茂森，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：
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