一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及制备方法专利检索- .硅作次主要成分的专利检索查询-专利查询网

一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及制备方法
申请号	CN201710640255.8	申请日	2017-07-31	公开(公告)号	CN107385289A	公开(公告)日	2017-11-24
申请人	江苏大学;			发明人	许晓静; 张冲; 杜东辉; 贾伟杰; 黄鹏; 王天伦; 张进松; 陈汉辉;
摘要	一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及制备方法，其特征是所述的铝合金主要由铝（Al）、硅（Si）、锆（Zr）、锶（Sr）和铁（Fe）组成。所述的制备方法依次包括：（1）首先，将炉温升至850±10℃，加入纯Al和Al-Si中间合金，待全部熔化后依次加入中间合金；（2）其次，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5~10 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭。本发明铝合金铸态组织致密，铸态合金实测冲击韧性为36.05 J/cm2，同时其拉伸强度为177.89 MPa、延伸率为16.12％、在3.5%NaCl 水溶液中37℃温度下的均匀腐蚀速率为0.071796302 mm/a。
权利要求	1.一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及其制备方法，其特征在于：它主要由铝（Al）、硅（Si）、锆（Zr）和锶（Sr）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为7.68 8.18%，锆（Zr）的质量百分比为0.184 0.191%，锶（Sr）的质量百分比为0.0199~ ~ ~ 0.023%，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。 2.一种权利要求1所述的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金的制备方法，其特征是其制备过程依次包括：（1）首先，将炉温升至850±10℃，加入纯Al和Al-Si中间合金，待全部熔化后依次加入Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金；（2）其次，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5 10 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇~ 铸成锭，即获得高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si铸造铝合金。 3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为10.21%， Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%。
说明书全文	一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，尤其是一种高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及其制备方法，具体地说是一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及其制备方法。背景技术 [0002] Al-Si系铸造铝合金是当前在工业中应用最多的铸造铝合金材料，这类合金的牌号有如：国内的YL102（AlSi12）、YL112（AlSi8.5Cu3.5）、YL113（AlSi811Cu3），日本的ADC12（AlSi11Cu3）、ADC10（AlSi8.5Cu3.5）以及美国的A380（AlSi8.5Cu3.5）等，这些合金具有优良的铸造性能、较高的强度和良好的抗腐蚀性能，但是其塑性、韧性相对较低。 [0003] Al-Si系铸造铝合金的力学性能与其组织中的第二相（Si相）的形态、尺寸、分布紧密相关。细化Si相可以降低Si相对基体Al的割裂，是提高Al-Si系铸造铝合金性能的有效途径。锆（Zr）元素是一种与Al亲和力强的3d过渡族元素，当把锆（Zr）元素加入到铝合金中，在合金凝固过程中锆（Zr）元素可以与Al形成A13Zr（熔点1580℃）等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，不仅细化合金铸态基体组织、促进细小等轴晶形成，而且提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。锶（Sr）元素是铝合金中的一种很有效的长效变质剂，不仅可以有效细化Al-Si系铸造铝合金中的Si相，而且可以有效细化合金中的FeSiAl5等化合物相。因此，Zr和Sr的复合微合金化可以在不降低合金铸造性能、强度、抗腐蚀性的同时，大幅提高合金的塑性和韧性。 [0004] 到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金及其制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国高性能铸造铝合金及其制品产业的发展。发明内容 [0005] 本发明的目的是针对目前Al-Si系铸造铝合金塑性、韧性较低的问题，发明一种在Al-Si系铸造铝合金成分设计的基础上，通过调整Si元素含量，同时添加微量锆（Zr）和锶（Sr）元素进行复合微合金化，在不降低合金铸造性能（流动性）的同时，高效细化合金中的Si相和化合物相，大幅提高合金的塑性、韧性，获得一种兼具优良铸造性能和强韧性耐腐蚀性的Al-Si系铸造铝合金，同时提供其制备方法。 [0006] 本发明的技术方案之一是：一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、硅（Si）、锆（Zr）和锶（Sr）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为7.68 8.18 %，~ 锆（Zr）的质量百分比为0.184 0.191%，锶（Sr）的质量百分比为0.0199 0.023%，余量为铝和~ ~ 少量杂质元素（如质量百分比约为0.133 0.149%的铁），各组份的质量百分比之和为100%。 ~ [0007] 本发明的技术方案之二是：一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si铸造铝合金的制备方法，其特征是其制备过程依次包括：（1）首先，将炉温升至850±10℃，加入纯Al和Al-Si中间合金，待全部熔化后依次加入Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金；（2）其次，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5 10 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇~ 铸成锭，即获得高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si铸造铝合金。 [0008] 所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为10.21%， Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%。 [0009] 纯Al为A00等级纯Al，成分：99.79%Al, 0.14%Fe, 0.04%Si。 [0010] 本发明的有益效果：2 （1）本发明获得了一种室温无缺口冲击韧性为36.05 J/cm（按GB/T 229-2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法），断口呈韧窝特征的典型韧性断裂；强度为177.89MPa、延伸率为 16.12％（按GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法），断口呈韧窝特征的典型韧性断裂；硬度为59.925HV、电导率为 44.03％IACS（参照GB/T12966-2008铝合金电导率涡流测试方法）；在3.5% NaCl水溶液中37℃温度下浸泡93 h后平均均匀腐蚀速率（按GB 1024-88金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法）为0.071796302 mm/a的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0011] （2）本发明在Al-Si系铸造铝合金成分设计的基础上，通过调整Si元素含量，同时添加微量锆（Zr）和锶（Sr）元素进行复合微合金化，在不降低合金铸造性能保证合金组织致密性的同时，高效细化了合金中的Si相和化合物相，大幅提高了合金的韧性、强度、塑性和耐腐蚀性。 [0012] （3）本发明Al-Si系铸造铝合金中的Si相尺寸在亚微米级，形状呈颗粒状或短棒状，并且长径比小于等于2。 [0013] （4）本发明公开了一种高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金的成分及制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铸造铝合金的技术封锁，可满足我国大型复杂薄壁高强韧耐腐蚀铸造铝合金产品制造的需求。 [0014] （5）本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的铝合金材料。附图说明 [0015] 图1是本发明实施例一的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金的金相组织光学显微镜照片。 [0016] 图2是本发明实施例一的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金的金相组织扫描电子显微镜照片。 [0017] 图3是本发明实施例一的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金的室温无缺口冲击韧性测试试样断口扫描电子显微镜照片。 [0018] 图4是本发明实施例一的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金的室温拉伸性能试样断口扫描电子显微镜照片。 [0019] 图5是本发明实施例一的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金的腐蚀性能测试试样金相表面扫描电子显微镜照片。具体实施方式 [0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 [0021] 实施例一。 [0022] 如图1、2、3、4、5所示。 [0023] 一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金，其制备方法：先将炉温升至850±10℃，加入Al-Si (89.62 %Al, 10.21%Si, 0.17% Fe，本发明所有组份均采用质量百分比表示，本领域技术人员可以根据比例采用常规算法获得重量值，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质)中间合金和A00等级纯Al（99.79%Al, 0.14%Fe, 0.04%Si），待全部熔化后依次加入Al-Zr (95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si )中间合金、Al-Sr(89.86%Al, 9.89%Sr,0.15%Fe, 0.10%Si )中间合金；待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5 10 ~ min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭；即获得一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0024] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金经光谱实际测量成分为：7.76 %Si, 0.185 ％Zr, 0.0229 %Sr, 0.145 %Fe, 余量为铝和杂质元素。 [0025] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金组织致密（图1），Si相细小，尺寸在亚微米级，形状呈颗粒状或短棒状，并且长径比小于等于2（图1、图2）；室温无缺口冲击韧性平均值为36.05 J/cm2（按GB/T 229-2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法），冲击韧性试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂（图3）；拉伸强度为 177.89MPa、延伸率为16.12％（按GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法），拉伸试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂（图4）；硬度为59.925HV、电导率为 44.03％IACS（参照GB/T12966-2008铝合金电导率涡流测试方法）；在3.5% NaCl水溶液中37℃温度下浸泡93 h后的均匀腐蚀速率（按GB 1024-88金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法）为0.071796302 mm/a（图5），腐蚀表面Si相尺寸细小。 [0026] 实施例二。 [0027] 一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金，其制备方法：先将炉温升至850±10℃，加入Al-Si (89.62 %Al, 10.21%Si, 0.17% Fe，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质)中间合金和A00等级纯Al（99.79%Al, 0.14%Fe, 0.04%Si），待全部熔化后依次加入Al-Zr (95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si )中间合金、Al-Sr(89.86%Al, 9.89%Sr,0.15%Fe, 0.10%Si )中间合金；待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温510 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭；即获得一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0028] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金经光谱实际测量成分为：7.68 %Si, 0.191 ％Zr, 0.0199 %Sr, 0.149%Fe, 余量为铝和杂质元素。 [0029] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金组织致密，Si相较细小，尺寸在亚微米级，形状呈颗粒状或短棒状，并且长径比小于等于2；室温无缺口冲击韧性为33.27 J/cm（2 按GB/T 229-2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法），冲击韧性试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂；拉伸强度为175.07MPa、延伸率为17.294％（按GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法），拉伸试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂；硬度为58.2HV、电导率为 41.824％IACS（参照GB/T12966-2008铝合金电导率涡流测试方法）；在3.5% NaCl水溶液中37℃温度下浸泡93 h后的均匀腐蚀速率（按GB 1024-88金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法）为0.093110265 mm/a，腐蚀表面Si相尺寸较细小。 [0030]实施例三。 [0031] 一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金，其制备方法：先将炉温升至850±10℃，加入Al-Si (89.62 %Al, 10.21%Si, 0.17% Fe，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质)中间合金和A00等级纯Al（99.79%Al, 0.14%Fe, 0.04%Si），待全部熔化后依次加入Al-Zr (95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si )中间合金、Al-Sr(89.86%Al, 9.89%Sr,0.15%Fe, 0.10%Si )中间合金；待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5 10 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸~ 成锭；即获得一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0032] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金经光谱实际测量成分为：8.18 %Si, 0.184％Zr, 0.023 %Sr, 0.133 %Fe, 余量为铝和杂质元素。 [0033] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金组织致密，Si相较小，尺寸在亚微米级，形状呈颗粒状或短棒状，并且长径比小于等于2；室温无缺口冲击韧性为39.1 J/cm2（按GB/T 229-2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法），冲击韧性试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂；拉伸强度为173.88MPa、延伸率为14.941％（按GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法），拉伸试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂；硬度为63.3HV、电导率为 43.44％IACS（参照GB/T12966-2008铝合金电导率涡流测试方法）；在3.5% NaCl水溶液中37℃温度下浸泡93 h后的均匀腐蚀速率（按GB 1024-88金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法）为0.0738 10248mm/a，腐蚀表面Si相尺寸较小。 [0034] 实施例四。 [0035] 一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金，其制备方法：先将炉温升至850±10℃，加入75.220克Al-Si中间合金和20.102克A00等级纯Al，待全部熔化后依次加入4.477克Al-Zr中间合金、0.201克Al-Sr中间合金；待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5~ 10 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭；即获得一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0036] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金经光谱实际测量成分为：7.68 %Si, 0.184 ％Zr, 0.0199 %Sr, 0.133 %Fe, 余量为铝和杂质元素。 [0037] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金组织致密，Si相细小，尺寸在亚微米级，形状呈颗粒状或短棒状，并且长径比小于等于2；室温无缺口冲击韧性，冲击韧性试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂特征；拉伸试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂特征；拉伸强度、延伸率、硬度、电导率、在3.5% NaCl水溶液中37℃温度下浸泡93 h后的均匀腐蚀速率等参数均与实施例一至三相近似。 [0038] 实施例五。 [0039] 一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金，其制备方法：先将炉温升至850±10℃，加入80.118克Al-Si中间合金和15.002克A00等级纯Al，待全部熔化后依次加入4.647克Al-Zr中间合金、0.233克Al-Sr中间合金；待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5~ 10 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭；即获得一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0040] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金经光谱实际测量成分为：8.18 %Si, 0.191 ％Zr, 0.023 %Sr, 0.149 %Fe, 余量为铝和杂质元素。 [0041] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金组织致密，Si相细小，尺寸在亚微米级，形状呈颗粒状或短棒状，并且长径比小于等于2；室温无缺口冲击韧性，冲击韧性试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂特征；拉伸试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂特征；拉伸强度、延伸率、硬度、电导率、在3.5% NaCl水溶液中37℃温度下浸泡93 h后的均匀腐蚀速率等参数均与实施例一至三相近似。 [0042] 实施例六。 [0043] 一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金，其制备方法：先将炉温升至850±10℃，加入77.375克Al-Si中间合金和17.839克A00等级纯Al，待全部熔化后依次加入4.574克Al-Zr中间合金、0.212克Al-Sr中间合金；待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5~ 10 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭；即获得一种Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0044] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金经光谱实际测量成分为：7.9 %Si, 0.188 ％Zr, 0.021 %Sr, 0.140 %Fe, 余量为铝和杂质元素。 [0045] 本实施例的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金组织致密，Si相细小，尺寸在亚微米级，形状呈颗粒状或短棒状，并且长径比小于等于2；室温无缺口冲击韧性，冲击韧性试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂特征；拉伸试样断口呈韧窝特征的典型韧性断裂特征；拉伸强度、延伸率、硬度、电导率、在3.5% NaCl水溶液中37℃温度下浸泡93 h后的均匀腐蚀速率等参数均与实施例一至三相近似。 [0046] 以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得理想的Zr和Sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶Al-Si系铸造铝合金。 [0047] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

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