CN104498787A - 一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,步骤如下:将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热;将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝按一定的比例配料并放入坩埚内,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg9~10%,Si5~6%,其余为AL;将坩埚内炉料加热至730~770℃;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护;加入精炼剂进行精炼,精炼后静止保温3~5min;对熔体进行电脉冲处理,处理后保温5~10min浇铸,制得成品。有益效果是:制备过程操作简单,不添加任何变质剂,合金成分简单。采用电脉冲处理,成本低廉。得到的原位自生Mg2Si颗粒尺寸在10~30μm,颗粒细小,分布均匀,圆整的形态使Mg2Si颗粒与基体结合强度更高,更符合复合材料制备原则。

Description

一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属材料领域,特别涉及一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
背景技术
Mg2Si颗粒原位增强铝基复合材料具有高的比强度,好的耐磨、耐热性能及低的热膨胀率等优良特性,使得它们成为汽车、航空及电子等领域的备选材料。但该类铝合金中作为初生相形成的Mg2Si增强体一般比较粗大,且多呈尖角状,割裂基体,严重降低材料的力学性能。因此,改善增强体的形态、尺寸和分布,控制复合材料的凝固、加工和成型过程,提高其强韧性就成为当前急需解决的首要问题。
快速凝固技术可以细化Mg2Si增强体,部分地解决上述问题,但快速凝固技术成本高,工艺复杂,难以推广应用。目前,改善自生Mg2Si复合材料的方法主要还是变质处理,如复合盐(NaCl+NaF+KCl)、磷细化剂(NaCl+NaF+P)以及Ti+P变质剂等,但上述变质剂都不能显著抑制Mg2Si增强体的树枝晶生长倾向,变质效果不显著。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术存在的上述问题,提供一种操作简单、成本低廉、Mg2Si颗粒形态优化的原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
本发明所涉及的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,包含步骤如下:
将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热;
将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝按一定的比例配料并放入坩埚内,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg9~10%,Si5~6%,其余为AL;将坩埚内炉料加热至730~770℃,使炉料完全熔化并保温一段时间;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护;
向坩埚内加入精炼剂进行精炼,精炼后在730~770℃静止保温3~5min,以除去熔体表面的熔渣;
使用电极对熔体进行电脉冲处理,处理后保温5~10min浇铸,制得成品。
作为进一步优选,所述步骤2中炉料完全熔化后保温15~30min。
作为进一步优选,所述步骤4中电脉冲处理过程如下:先将连接脉冲发生器的电极预热2~5分钟,然后垂直插入熔体中并保持1~3min,再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。
作为进一步优选,所述施加的电脉冲频率为3~10Hz,电压300~1000V,电脉冲处理时间为30~60s;脉冲电极间宽度为5~10cm。
作为进一步优选,所述电极插入深度为熔体深度的3/4。
作为进一步优选,所述精炼剂为C2Cl6,其加入量为炉料总质量的0.2~0.3%。
作为进一步优选,所述电极为石墨电极。
本发明的有益效果是:
1、制备过程操作简单,不添加任何变质剂,合金成分简单。
2、采用电脉冲处理,除设备一次性投资外,每次只有短时间用电成本,与采用变质剂相比,成本低廉。
3、Mg2Si颗粒形态优化,形态圆整。得到的原位自生Mg2Si颗粒尺寸在10~30μm,颗粒细小,分布均匀,圆整的形态使Mg2Si颗粒与基体结合强度更高,更符合复合材料制备原则。
附图说明
图1是本发明实施例2获得的铝基复合材料的显微组织图。
图2是本发明实施例3获得的铝基复合材料的显微组织图。
具体实施方式
实施例1
首先将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg9~10%,Si5~6%,其余为AL;将坩埚内炉料加热至730~770℃,使炉料完全熔化并保温一段时间,作为优选,炉料全熔化后保温15~30min;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
向坩埚内加入精炼剂进行精炼,精炼后在730~770℃静止保温3~5min,以除去熔体表面的熔渣;作为优选,所述精炼剂为C2Cl6,其加入量为炉料总质量的0.2~0.3%。
使用电极对熔体进行电脉冲处理,所述电脉冲处理过程如下:先将连接脉冲发生器的电极预热2~5min,然后垂直插入熔体中并保持1~3min,所述电极插入深度为熔体深度的3/4;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选,所述施加的电脉冲频率为3~10Hz,电压300~1000V,电脉冲处理时间为30~60s;脉冲电极间宽度为5~10cm。所述电极优选为石墨电极。电脉冲处理后保温5~10min浇铸,制得成品。
实施例2
首先将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内,原料总量为800g,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg9%,Si6%,AL85%;即Mg为72g,Si为48g,其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至730℃,使炉料完全熔化并保温15min;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
向坩埚内加入精炼剂进行精炼,精炼后在730℃静止保温3min,以除去熔体表面的熔渣;所述精炼剂为C2Cl6,其加入量为炉料总质量的0.2%,即1.6g。
使用电极对熔体进行电脉冲处理,所述电脉冲处理过程如下:先将连接脉冲发生器的电极预热2min,然后垂直插入熔体中并保持3min,所述电极插入深度为熔体深度的3/4;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选,所述施加的电脉冲频率为10Hz,电压500V,电脉冲处理时间为30s;脉冲电极间宽度为5cm。所述电极优选为石墨电极。电脉冲处理后保温5min后浇铸,制得成品。
实施例3
首先将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内,原料总量为2000g,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg10%,Si5%,AL85%;即Mg为200g,Si为100g,其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至750℃,使炉料完全熔化并保温20min;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
向坩埚内加入精炼剂进行精炼,精炼后在750℃静止保温5min,以除去熔体表面的熔渣;所述精炼剂为C2Cl6,其加入量为炉料总质量的0.3%,即6g。
使用电极对熔体进行电脉冲处理,所述电脉冲处理过程如下:先将连接脉冲发生器的电极预热5min,然后垂直插入熔体中并保持2min,所述电极插入深度为熔体深度的3/4;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选,所述施加的电脉冲频率为5Hz,电压1000V,电脉冲处理时间为60s;脉冲电极间宽度为8cm。所述电极优选为石墨电极。电脉冲处理后保温8min后浇铸,制得成品。
实施例4
首先将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内,原料总量为2000g,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg9.5%,Si5.5%,AL85%;即Mg为190g,Si为110g,其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至770℃,使炉料完全熔化并保温25min;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
向坩埚内加入精炼剂进行精炼,精炼后在770℃静止保温4min,以除去熔体表面的熔渣;所述精炼剂为C2Cl6,其加入量为炉料总质量的0.25%,即5g。
使用电极对熔体进行电脉冲处理,所述电脉冲处理过程如下:先将连接脉冲发生器的电极预热4min,然后垂直插入熔体中并保持2min,所述电极插入深度为熔体深度的3/4;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选,所述施加的电脉冲频率为3Hz,电压1000V,电脉冲处理时间为50s;脉冲电极间宽度为10cm。所述电极优选为石墨电极。电脉冲处理后保温8min后浇铸,制得成品。
实施例5
首先将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内,原料总量为2000g,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg9.2%,Si5.8%,AL85%;即Mg为184g,Si为116g,其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至760℃,使炉料完全熔化并保温30min;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
向坩埚内加入精炼剂进行精炼,精炼后在760℃静止保温4min,以除去熔体表面的熔渣;所述精炼剂为C2Cl6,其加入量为炉料总质量的0.28%,即5.6g。
使用电极对熔体进行电脉冲处理,所述电脉冲处理过程如下:先将连接脉冲发生器的电极预热3min,然后垂直插入熔体中并保持1min,所述电极插入深度为熔体深度的3/4;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选,所述施加的电脉冲频率为8Hz,电压800V,电脉冲处理时间为40s;脉冲电极间宽度为6cm。所述电极优选为石墨电极。电脉冲处理后保温10min后浇铸,制得成品。
通过上述实施例获得的铝基复合材料组织特征参数如下表1所示。
实施例编号 Mg2Si颗粒平均尺寸/μm 增强体体积分数/%
1 18.9 14.1
2 15.8 13.6
3 27.1 12.7
4 22.4 14.5
5 20.6 12.3
表1不同实施例获得的铝基复合材料的微观组织特征
从表1以及图1和图2可以看出,采用本发明的制备方法得到的Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的Mg2Si颗粒尺寸在10~30μm之间,颗粒细小,分布均匀,圆整的形态使Mg2Si颗粒与基体结合强度更高,更符合复合材料制备原则。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于,包含步骤如下:
1)将电阻炉加热升温,将石墨坩埚放入电阻炉中预热;
2)将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝按一定的比例配料并放入坩埚内,其配料中各元素所占总量的质量百分比为:Mg9~10%,Si5~6%,其余为AL;将坩埚内炉料加热至730~770℃,使炉料完全熔化并保温一段时间;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护;
3)向坩埚内加入精炼剂进行精炼,精炼后在730~770℃静止保温3~5min,以除去熔体表面的熔渣;
4)使用电极对熔体进行电脉冲处理,处理后保温5~10min浇铸,制得成品。
2.根据权利要求1所述的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中炉料完全熔化后保温15~30min。
3.根据权利要求1所述的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述步骤4)中电脉冲处理过程如下:先将连接脉冲发生器的电极预热2~5分钟,然后垂直插入熔体中并保持1~3min,再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。
4.根据权利要求3所述的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述施加的电脉冲频率为3~10Hz,电压300~1000V,电脉冲处理时间为30~60s;脉冲电极间宽度为5~10cm。
5.根据权利要求3或4所述的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述电极插入深度为熔体深度的3/4。
6.根据权利要求1所述的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述精炼剂为C2Cl6,其加入量为炉料总质量的0.2~0.3%。
7.根据权利要求5所述的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法,其特征在于:所述电极为石墨电极。
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