CN103831422B - 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法 - Google Patents

一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103831422B
CN103831422B CN201210491565.5A CN201210491565A CN103831422B CN 103831422 B CN103831422 B CN 103831422B CN 201210491565 A CN201210491565 A CN 201210491565A CN 103831422 B CN103831422 B CN 103831422B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano particle
alloy
aluminium alloy
minutes
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210491565.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103831422A (zh
Inventor
聂景江
徐永东
朱秀荣
王军
王荣
陈大辉
邵志文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Original Assignee
Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch filed Critical Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Priority to CN201210491565.5A priority Critical patent/CN103831422B/zh
Publication of CN103831422A publication Critical patent/CN103831422A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103831422B publication Critical patent/CN103831422B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法，其特征在于步骤为：选用TiC、TiN或AlN纳米颗粒进行金属包覆处理，并将预处理好的纳米颗粒干燥后用铝箔包好待用；将铝合金熔融，升温至730~740℃，保温静置10~15分钟；将预处理后的纳米颗粒加入到铝合金熔体中，并机械搅拌3~10分钟，升温至730~750℃，保温静置10~20分钟；采用金属型浇铸，获得铝合金锭；将得到的铝合金锭置于热处理炉中，进行热处理，最后冷却至室温即可。本发明通过引入纳米颗粒，提高形核率，来细化晶粒和硅相组织，再对所得合金进行热处理，获得组织细小均匀、强塑性较好的铝合金材料。本发明可明显改善Al-Si合金的强韧性，与传统Al-Si合金相比，合金抗拉强度和延伸率可分别提高10%和40%以上。

Description

一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法
技术领域
本发明属于铝合金材料制备技术领域，涉及一种Al-Si系铝合金的制备方法，具体涉及一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法。
背景技术
Al-Si系铝合金是广泛应用的工业用铝合金，可用于汽车工业、航空工业和武器装备等领域，在所有铝合金中应用占到90％以上。将铝合金应用于汽车零部件，可大幅度降低汽车重量，达到汽车轻量化、节能减排的目的。
传统铝硅系合金中，硅相以粗大的针状晶存在，合金机械性能低，如ZL101合金的抗拉强度为160-200MPa，延伸率1%-4%，这在很大程度上限制了其使用范围。目前主要通过添加Sr、Al-Ti-B及Al-Ti-C等进行变质处理来细化合金组织，提高机械性能。国内很多研究单位、企业开展了Al-Si系合金组织细化的工作，公开报道的专利有多项，如《一种无变质潜伏期高锶含量铝锶合金线材的制造方法》（公开号CN101352806A）、《一种铝、铝合金用晶粒细化变质中间合金及其制备方法》（公开号CN101591746A）、《微纳米基体上生成枝晶组织的铝合金及制备方法》（申请公布号CN102011034A）、《一种用复合晶粒细化剂制备铸造铝合金的方法》（申请公布号CN102367534A）。这些专利技术是国内外使用的Sr、Al-Ti-B和Al-Ti-C细化剂的发展和继续。但是Sr变质的潜伏期较长，生成的化合物Al4Sr尺寸较大（50-200μm），有吸气倾向，易产生疏松，且使用Sr变质后的铝熔体不能使用氯气、氯化物进行精炼；采用Al-Ti-B变质处理时，形核率低；采用Al-Ti-C变质形核率大为提高，但性能尚不够稳定且制备成本较高；且采用Al-Ti-B或Al-Ti-C变质处理时，细化效果时间短，细化相容易偏聚，且当合金中存在Zr或Cr时便失去细化效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法，以解决目前Al-Si系铝合金变质过程中形核质点粗大、细化时效短、吸气倾向严重以及存在Zr或Cr时细化失效的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法，其特征在于包括以下步骤：
1）纳米颗粒预处理：选用TiC、TiN或AlN纳米颗粒作为变质细化剂，先将纳米颗粒进行金属包覆处理，并将预处理好的纳米颗粒干燥后用铝箔包好待用；
2）将铝合金熔融，升温至730~740℃，通入Ar气5~10min，然后保温静置10~15分钟；
3）将步骤1）预处理后的纳米颗粒加入到铝合金熔体中，并搅拌3~10分钟，升温至730~750℃，保温静置10~20分钟；
4)采用金属型浇铸，获得铝合金锭；
5)将得到的铝合金锭置于热处理炉中进行热处理，最后冷却至室温即可。
作为优选，所述步骤1）的TiC、TiN或AlN纳米颗粒的粒径在100nm以下。
作为优选，所述步骤1）的金属包覆处理可采用化学方法或机械球磨方法进行，包覆金属为Ni、Al、Ag或Cu。
最后，所述步骤5）的热处理采用二次热处理，第一次处理温度为510~540℃，保温时间为6~12小时，处理后在空气中冷却至室温；第二次处理温度为150~180℃，保温时间为8~24小时，处理后在空气中冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)所用纳米颗粒粒径小于100nm，明显小于现有变质剂形核尺寸；
2)通过金属包覆预处理，获得与铝合金熔体润湿性良好的纳米预处理颗粒；
3)通过引入纳米颗粒，显著细化合金组织，克服了合金中存在粗大硅相的问题；
4)采用强度高、热稳定性好的纳米颗粒，细化组织的同时提高合金的强塑性；
5)本发明技术可明显改善Al-Si合金的强韧性，与传统Al-Si合金相比，合金抗拉强度和延伸率可分别提高10%和40%以上。
附图说明
图1是本发明提供的实施例1所得金属包覆纳米颗粒的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
(a)纳米颗粒确定。通过性能和成本对比分析、化学相容性分析，选择强度高、热稳定性好、材料成本适中的TiC纳米颗粒，平均粒径在60nm；
(b)对纳米颗粒进行预处理。采用化学方法对选定的纳米颗粒进行金属包覆处理，表面包覆金属为Ni，获得预处理纳米颗粒，见图1；
(c)将ZL101铝合金熔融，升温至730℃，通入Ar气10min，然后保温静置10分钟；
(d)将经过步骤(b)处理后的纳米颗粒加入到铝合金熔体中，并机械搅拌3分钟，升温至730℃，保温静置20分钟；
(e)采用金属型浇铸，获得铝合金锭；
(f)将经(e)制备的铝合金锭置于热处理炉中，处理温度为540℃，保温时间为6小时，处理后在空气中冷却至室温；
(g)将经(f)处理后的合金置于热处理炉中，处理温度为150℃，保温时间为15小时，冷却后在空气中冷却至室温。
该实施例所得合金晶粒组织细小，力学性能明显提高，见表1。
实施例2：
(a)纳米颗粒确定。通过性能和成本对比分析、化学相容性分析，选择强度高、热稳定性好、材料成本适中的TiN纳米颗粒，平均粒径约60nm；
(b)对纳米颗粒进行预处理。对选定的纳米颗粒进行金属包覆处理，表面包覆金属为Al，获得预处理纳米颗粒；
(c)熔融铝合金，升温至740℃，通入Ar气5min，然后保温静置15分钟；
(d)将经过步骤(b)处理后的纳米颗粒加入到铝合金熔体中，并机械搅拌3分钟，升温至740℃，保温静置15分钟；
(e)浇铸获得合金锭；
(f)将经(e)制备的合金锭置于热处理炉中，处理温度为525℃，保温时间为6小时，处理后在空气中冷却至室温；
(g)将经(f)处理后的合金置于热处理炉中，处理温度为150℃，保温时间为18小时，冷却后在空气中冷却至室温，合金晶粒组织细小，力学性能明显提高，见表1。
实施例3：
(a)纳米颗粒确定。通过性能和成本对比分析、化学相容性分析，选择强度高、热稳定性好、材料成本适中的TiC纳米颗粒，平均粒径约60nm；
(b)对纳米颗粒进行预处理。对选定的纳米颗粒进行金属包覆处理，表面包覆金属为Cu，获得预处理纳米颗粒；
(c)将ZL101铝合金熔融，升温至735℃，通入Ar气8min，然后保温静置12分钟；
(d)将经过步骤(b)处理后的纳米颗粒加入到铝合金熔体中，并机械搅拌3分钟，升温至750℃，保温静置10分钟；
(e)浇铸获得合金锭；
(f)将经(e)制备的合金锭置于热处理炉中，处理温度为530℃，保温时间为6小时，处理后在空气中冷却至室温；
(g)将经(f)处理后的合金置于热处理炉中，处理温度为175℃，保温时间为24小时，冷却后在空气中冷却至室温，合金晶粒组织细小，力学性能明显提高，见表1。
表1
由表中可以得出采用本发明的纳米细化方法制备的Al-Si系铝合金组织晶粒尺寸小、同时提高合金的强塑性；改善Al-Si合金的强韧性，与传统Al-Si合金相比，合金抗拉强度和延伸率可分别提高10%和40%以上。

Claims (4)

1.一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法，其特征在于包括以下步骤：
1)纳米颗粒预处理：选用TiC、TiN或AlN纳米颗粒作为变质剂，先将纳米颗粒进行金属包覆处理，并将预处理好的纳米颗粒干燥后用铝箔包好待用；
2)将Al-Si系铝合金熔融，升温至730～740℃，通入Ar气5～10min，保温静置10～15分钟；
3)将步骤1)预处理后的纳米颗粒加入到铝合金熔体中，并搅拌3～10分钟，升温至730～750℃，保温静置10～20分钟；
4)采用金属型浇铸，获得铝合金锭；
5)将得到的铝合金锭置于热处理炉中进行热处理，最后冷却至室温即可。
2.根据权利要求1所述的纳米细化方法，其特征在于所述步骤1)的TiC、TiN或AlN纳米颗粒的粒径在100nm以下。
3.根据权利要求1所述的纳米细化方法，其特征在于所述步骤1)的金属包覆处理可采用化学方法或机械球磨方法进行，包覆金属为Ni、Al、Ag或Cu。
4.根据权利要求1所述的纳米细化方法，其特征在于所述步骤5)的热处理采用二次热处理，第一次处理温度为510～540℃，保温时间为6～12小时，处理后在空气中冷却至室温；第二次处理温度为150～180℃，保温时间为8～24小时，处理后在空气中冷却至室温。
CN201210491565.5A 2012-11-27 2012-11-27 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法 Active CN103831422B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210491565.5A CN103831422B (zh) 2012-11-27 2012-11-27 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210491565.5A CN103831422B (zh) 2012-11-27 2012-11-27 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103831422A CN103831422A (zh) 2014-06-04
CN103831422B true CN103831422B (zh) 2016-03-02

Family

ID=50795494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210491565.5A Active CN103831422B (zh) 2012-11-27 2012-11-27 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103831422B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160023003A (ko) * 2014-08-20 2016-03-03 현대모비스 주식회사 알루미늄 합금의 제조 방법
CN104878227B (zh) * 2015-05-26 2016-08-24 中国兵器科学研究院宁波分院 高强铸造铝合金的制备方法
CN105063390A (zh) * 2015-07-17 2015-11-18 济南大学 亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法
CN105543524A (zh) * 2016-02-01 2016-05-04 华中科技大学 一种铝合金晶粒细化剂及其制备方法
CN105714144A (zh) * 2016-04-07 2016-06-29 山东大学 一种铝-硅系合金用除钙方法
CN106271189B (zh) * 2016-08-24 2018-09-14 上海交通大学 一种具有细小晶粒组织的焊丝或焊条的制备方法
CN107739931B (zh) * 2017-08-29 2019-09-27 宁波华源精特金属制品有限公司 一种抗拉增强型机器人手臂及其制备方法
CN107587010A (zh) * 2017-08-30 2018-01-16 佛山市高明高盛铝业有限公司 一种整铸式铝合金加工方法
CN112899516A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 广东省科学院材料与加工研究所 一种含锆铝基合金及其制备方法与应用
CN114606461B (zh) * 2022-04-18 2023-02-28 东莞理工学院 一种Al-Ti-C-N纳米晶的制备方法及在铝合金中的应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1450185A (zh) * 2003-05-07 2003-10-22 东华大学 一种具有共晶组织的过共晶铝硅合金及其工艺方法
CN1521283A (zh) * 2003-01-29 2004-08-18 东华大学 铝硅合金系列硅、铁双相团化剂及其团化方法
CN1546708A (zh) * 2003-12-03 2004-11-17 东华大学 一种具有粒状硅相的铝硅合金系列及其工艺方法
CN1584085A (zh) * 2004-06-11 2005-02-23 吉林大学 一种用于过共晶铝硅合金的变质剂及处理方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO312520B1 (no) * 2000-02-28 2002-05-21 Hydelko Ks Forlegering for modifikasjon og kornforfining av undereutektiske og eutektiske Al-Si-stöpelegeringer, ogfremgangsmåte for fremstilling av forlegeringen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1521283A (zh) * 2003-01-29 2004-08-18 东华大学 铝硅合金系列硅、铁双相团化剂及其团化方法
CN1450185A (zh) * 2003-05-07 2003-10-22 东华大学 一种具有共晶组织的过共晶铝硅合金及其工艺方法
CN1546708A (zh) * 2003-12-03 2004-11-17 东华大学 一种具有粒状硅相的铝硅合金系列及其工艺方法
CN1584085A (zh) * 2004-06-11 2005-02-23 吉林大学 一种用于过共晶铝硅合金的变质剂及处理方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TiN/Ti复合细化剂对工业纯铝细化效果的影响;谌援等;《特种铸造及有色合金》;20111231;第31卷(第8期);第771-774页 *
铸造铝硅合金热处理工艺的优化;陈艳等;《热处理技术与装备》;20091231;第30卷(第6期);第51-52页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103831422A (zh) 2014-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103831422B (zh) 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法
CN102978460B (zh) Al-Fe-Ni-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978452B (zh) Al-Fe-Sn-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN103103392B (zh) Al-Fe-Ag-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
US8695684B2 (en) Method for preparing aluminum—zirconium—titanium—carbon intermediate alloy
CN103103382B (zh) Al-Fe-Rh-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN101514409B (zh) 原位Mg2Si颗粒增强金属基复合材料的制备方法
CN102978454B (zh) Al-Fe-Pd-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN104722945A (zh) 一种超细晶铝合金焊丝及其制备方法
CN102978471B (zh) Al-Fe-Ga-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978478B (zh) Al-Fe-Mn-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978450A (zh) Al-Fe-Mo-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN1851019A (zh) Er、Zr复合强化的Al－Mg－Mn合金
CN102978457B (zh) Al-Fe-Nb-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978453B (zh) Al-Fe-In-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978477B (zh) Al-Fe-Ru-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN103103397B (zh) Al-Fe-Cd-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN101649405A (zh) 一种Al-Mg-Mn-Zr-Sr合金及制备方法
CN102978466B (zh) Al-Fe-Zr-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN103014419B (zh) Al-Fe-Ge-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978456B (zh) Al-Fe-Li-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978464B (zh) Al-Fe-Ti-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
EP2476764B1 (en) Preparation method of al-zr-c master alloy
CN102978465B (zh) Al-Fe-Tc-RE铝合金及其制备方法和电力电缆
CN102978462B (zh) Al-Fe-V-RE铝合金及其制备方法和电力电缆

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant