CN107904418A - 一种利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，包括多元金属玻璃合金锭的制备、金属玻璃薄带的制备、金属玻璃薄带的破碎、含金属玻璃预制块的制备、金属玻璃强化处理铝合金的制备及金属玻璃强化后的铝合金热处理六个步骤。采用本发明的技术方案，步骤合理，在组织细化的同时，大幅提高铝合金的室温和高温强韧性，特别极大提高了铝合金的室温强度和断裂应变，及其高温屈服强度和抗拉强度，且强化高效、成本低廉，具有巨大的工业应用潜力和价值。

Description

一种利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法
技术领域
本发明涉及铝合金及铝合金零部件成型和加工领域，具体涉及一种利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法。
背景技术
在汽车船舶，航空航天等领域，许多部件(如内燃机等)的材料并非在室温条件下工作，而是在高温条件下长时间服役。由于温度对材料的性能影响极大，研制开发新型轻量化的高温材料具有十分重要的现实意义。随着内燃机轻量化技术的推进，铝合金材料零部件在发动机零部件中的比例在逐年提高。相比于铸铁，铝合金的导热性极好(约比铸铁高3倍)，有利于发动机缸体热量的传导和散热。同时，铝合金质轻有利于轻量化及节能减排，提高能量利用率和能源效率。在发动机零部件中，铸造铝合金是发动机缸体、缸套、活塞、变速箱摩擦盘等零部件轻量化的首选材料。目前主流铝合金的强化剂如：Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-C-B等孕育剂都含Ti元素，在对铝合金中含硅量大于4％的合金孕育(变质)处理时，Ti元素会与Si元素发生反应生成TiSi、TiSi2和Ti5Si3等相而产生毒化作用，组织细化效率大幅降低且性能不能进一步提高，Al-B变质剂对于不含Ti元素的Al-Si合金体系细化组织效果优异，但是在合金中Ti杂质含量高于0.04％时即发生如Al-Ti-B等变质剂一样的毒化作用，对合金体系适用范围窄，并且对铝合金的纯净度要求极高，适用范围有限。其他变质剂或者孕育剂如：Al-Sr、Al-Ce、Al-La等含有稀土成本较高，并且对Al-Si合金组织细化效果不显著。现有铝合金的强化方式还无法满足工业需求。因此，急需开发一种适用于Si量高于4％的Al-Si系合金孕育所需的，低成本、高效的强化铝合金的强化剂及强化方法。因此，研究如何低成本、高效的提高铝合金在高温下的性能满足工业应用的迫切需求具有重要的现实意义。
发明内容
本发明旨在细化近共晶铝硅合金的微观组织，同时大幅提高铝合金的室温及高温性能，提出了一种利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，拓展了铝合金的室温及高温应用，为最重要轻量化材料铝合金的应用提供一新的方法和强化途径。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，包括以下步骤：
步骤1、多元金属玻璃合金锭的制备：
1a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
1b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；
1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
1d、两次抽真空后，充入0.05-0.06MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
1e、打开磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数大于等于5，每次熔炼2-4min；
1f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s,得到金属玻璃棒料；
步骤2、金属玻璃薄带的制备：将反复熔炼得到的金属玻璃棒料放置于高真空中频感应炉真空室的石英坩埚中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成金属玻璃薄带，具体包括以下步骤：
2a、将步骤1f中制备的金属玻璃料棒放置于石英坩埚中，真空室抽真空到6.0×10-3Pa；
2b、向真空室中充入0.5-0.6个大气压的高纯Ar气，再向喷注储气瓶中充入1.5-1.6个大气压的高纯Ar气，使得压差在0.9-1.1个大气压，其中，氩气纯度99.999vol.％；
2c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1-2mm、厚20-45μm金属玻璃薄带；
步骤3、金属玻璃薄带的破碎：
3a、将100gNiNbTi金属玻璃薄带加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与金属玻璃薄带的质量比为8:1；在200r/min的转速下对金属玻璃薄带球磨处理0.5-2h；
3b、将球磨处理后的金属玻璃碎片以30:70的质量比与纯铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8-20h后取出，其中，铝粉纯度为99.9wt.％；
步骤4、含金属玻璃预制块的制备：
将步骤3b制得的金属玻璃碎片、铝粉混合粉末用铝箔包裹，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块；
步骤5、金属玻璃强化处理铝合金的制备：
5a、将预先称量好的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
5b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
5c、将含金属玻璃的预制块加入到合金液中，金属玻璃实际加入量为0.01-0.10wt.％重量百分比，采用超声处理2-5min，促进金属玻璃强化剂的均匀分散，保温时间为10-30min；
5d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金；
步骤6、金属玻璃强化后的铝合金热处理：
6a、将步骤5d中制备的金属玻璃强化后的铝合金在高温烘箱中进行固溶处理，固溶温度783K，固溶时间为6-15h，固溶处理后进行冷水淬火；
6b、在电热鼓风干燥箱中进行时效处理，时效温度438K，时效时间为8-18h，时效后空冷至室温。
优选的，所述步骤1f中的铜模具的尺寸为7mm，步骤5d中所用金属型模具材质为45#钢，尺寸为200mm×150mm×12mm。
优选的，所采用的分散工艺是超声辅助预分散，时间为3min。
优选的，所述步骤5c中，金属玻璃的最优质量百分比为0.05wt.％，最优强化时间为20min。
本发明中的利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，包括多元金属玻璃合金锭的制备、金属玻璃薄带的制备、金属玻璃薄带的破碎、含金属玻璃预制块的制备、金属玻璃强化处理铝合金的制备及金属玻璃强化后的铝合金热处理六个步骤。采用本发明的技术方案，步骤合理，在组织细化的同时，大幅提高铝合金的室温和高温强韧性，特别极大提高了铝合金的室温强度和断裂应变，及其高温屈服强度和抗拉强度，且强化高效、成本低廉，具有巨大的工业应用潜力和价值。
该发明的有益效果在于：本发明的技术方案，利用金属玻璃的亚稳态结构和其遇热晶化的形成纳米尺寸颗粒强化铝合金的物理特性，使用金属玻璃作为强化剂细化及强化铝合金，金属玻璃在强化过程中成本比稀土变质剂低，大幅提高铝合金强韧性。本发明在金属玻璃强化剂的制作过程中运用球磨处理来对金属玻璃强化剂预处理，运用金属玻璃粉末与铝粉混合后冷压成块的方法结合超声辅助预分散的方法使强化剂分散不发生团聚，强化高效、成本低廉，加入量低，分散快，强化效果显著，具有巨大的工业应用潜力和价值。
附图说明
图1是未强化处理Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图2是实施例1中0.01wt.％添加量NiNbTi金属玻璃强化处理10min的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图3是实施例2中0.05wt.％添加量NiNbTi金属玻璃强化处理20min的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图4是实施例3中0.10wt.％添加量NiNbTi金属玻璃强化处理30min的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图5是实施例1-3中不同金属玻璃薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的室温拉伸应力应变曲线。
图6是实施例1-3中不同金属玻璃薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金在523K下的高温拉伸应力应变曲线。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
本实施例中的利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，包括以下步骤：
步骤1、多元金属玻璃合金锭的制备：
1a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
1b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；
1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
1d、两次抽真空后，充入0.05MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
1e、打开磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数为5次，每次熔炼2min；
1f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s,得到金属玻璃棒料；
步骤2、金属玻璃薄带的制备：将反复熔炼得到的金属玻璃棒料放置于高真空中频感应炉真空室的石英坩埚中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成金属玻璃薄带，具体包括以下步骤：
2a、将步骤1f中制备的金属玻璃料棒放置于石英坩埚中，真空室抽真空到6.0×10-3Pa；
2b、向真空室中充入0.5个大气压的高纯Ar气(氩气纯度99.999vol.％)，再向喷注储气瓶中充入1.5个大气压的Ar气，使得压差在1.0个大气压；
2c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为2mm，厚35μm金属玻璃薄带。
步骤3、金属玻璃薄带的破碎：
3a、将100gNiNbTi金属玻璃薄带加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与金属玻璃薄带的质量比为8:1。在200r/min的转速下对金属玻璃薄带球磨处理0.5h。
3b、将球磨处理后的金属玻璃碎片以30:70的质量比与纯铝粉(铝粉纯度：99.9wt.％)混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8h后取出。
步骤4、含金属玻璃预制块的制备：
将步骤3b制得的金属玻璃碎片、铝粉混合粉末用铝箔包裹，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤5、金属玻璃强化处理铝合金的制备：
5a、将预先称量好的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
5b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
5c、将含金属玻璃的预制块加入到合金液中，金属玻璃实际加入量为0.01wt.％重量百分比，采用超声处理2min，促进金属玻璃强化剂的均匀分散，保温时间为10min；
5d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金。
步骤6、金属玻璃强化后的铝合金热处理：
6a、将步骤5d中制备的金属玻璃强化后的铝合金在高温烘箱中进行固溶处理，固溶温度783K，固溶时间为6h，固溶处理后进行冷水淬火；
6b、在电热鼓风干燥箱中进行时效处理，时效温度438K，时效时间为8h。时效后空冷至室温。
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属型模具的尺寸为200mm×150mm×12mm。
其中，步骤5c中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.01wt.％强化处理10min(其中超声分散2min)处理铝合金时得到较好的室温及高温力学性能。
a、在室温下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化铝合金的288.2MPa、398.1MPa和3.9％，分别提高到了强化后的331.2MPa、428.6MPa和4.3％，分别比未强化铝合金提高了14.92％、7.66％和10.26％，如图5所示。
b、在523K下，其屈服强度和抗拉强度分别由未强化铝合金的137.0MPa和177.5MPa，分别提高到了205.6MPa和233.0MPa，分别比未强化铝合金提高了50.07％和31.27％，如图6所示。
实施例2：
本实施例中的利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，包括以下步骤：
步骤1、多元金属玻璃合金锭的制备：
1a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
1b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；
1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
1d、两次抽真空后，充入0.06MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
1e、打开磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数为7次，每次熔炼4min；
1f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s,得到金属玻璃棒料；
步骤2、金属玻璃薄带的制备：将反复熔炼得到的金属玻璃棒料放置于高真空中频感应炉真空室的石英坩埚中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成金属玻璃薄带，具体包括以下步骤：
2a、将步骤1f中制备的金属玻璃料棒放置于石英坩埚中，真空室抽真空到6.0×10-3Pa；
2b、向真空室中充入0.6个大气压的高纯Ar气(氩气纯度99.999vol.％)，再向喷注储气瓶中充入1.5个大气压的Ar气，使得压差在0.9个大气压；
2c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1mm，厚20μm金属玻璃薄带。
步骤3、金属玻璃薄带的破碎：
3a、将100gNiNbTi金属玻璃薄带加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与金属玻璃薄带的质量比为8:1。在200r/min的转速下对金属玻璃薄带球磨处理2h。
3b、将球磨处理后的金属玻璃碎片以30:70的质量比与纯铝粉(铝粉纯度：99.9wt.％)混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合10h后取出。
步骤4、含金属玻璃预制块的制备：
将步骤3b制得的金属玻璃碎片、铝粉混合粉末用铝箔包裹，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤5、金属玻璃强化处理铝合金的制备：
5a、将预先称量好的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
5b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.08wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
5c、将含金属玻璃的预制块加入到合金液中，金属玻璃实际加入量为0.05wt.％重量百分比，采用超声处理3min，促进金属玻璃强化剂的均匀分散，保温时间为20min；
5d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金。
步骤6、金属玻璃强化后的铝合金热处理：
6a、将步骤5d中制备的金属玻璃强化后的铝合金在高温烘箱中进行固溶处理，固溶温度783K，固溶时间为8h，固溶处理后进行冷水淬火；
6b、在电热鼓风干燥箱中进行时效处理，时效温度438K，时效时间为10h。时效后空冷至室温。
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属型模具的尺寸为200mm×150mm×12mm。
其中，步骤5c中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.05wt.％强化处理20min(其中超声分散3min)处理铝合金时得到最好的高温力学性能。
a、在室温下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化铝合金的288.2MPa、398.1MPa和3.9％，分别提高到了强化后的350.7MPa、472.2MPa和6.8％，分别比未强化铝合金提高了21.69％、18.61％和74.36％，如图5所示。
b、在523K下，其屈服强度和抗拉强度分别由未强化铝合金的137.0MPa和177.5MPa，分别提高到了230.9MPa和248.3MPa，分别比未强化铝合金提高了68.54％和39.89％，如图6所示。
实施例3：
本实施例中的利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，包括以下步骤：
步骤1、多元金属玻璃合金锭的制备：
1a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
1b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；
1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
1d、两次抽真空后，充入0.05MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
1e、打开磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数为8次，每次熔炼3min；
1f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s,得到金属玻璃棒料；
步骤2、金属玻璃薄带的制备：将反复熔炼得到的金属玻璃棒料放置于高真空中频感应炉真空室的石英坩埚中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成金属玻璃薄带，具体包括以下步骤：
2a、将步骤1f中制备的金属玻璃料棒放置于石英坩埚中，真空室抽真空到6.0×10-3Pa；
2b、向真空室中充入0.5个大气压的高纯Ar气(氩气纯度99.999vol.％)，再向喷注储气瓶中充入1.6个大气压的Ar气，使得压差在1.1个大气压；
2c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为2mm，厚40μm金属玻璃薄带。
步骤3、金属玻璃薄带的破碎：
3a、将100gNiNbTi金属玻璃薄带加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与金属玻璃薄带的质量比为8:1。在200r/min的转速下对金属玻璃薄带球磨处理1h。
3b、将球磨处理后的金属玻璃碎片以30:70的质量比与纯铝粉(铝粉纯度：99.9wt.％)混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合15h后取出。
步骤4、含金属玻璃预制块的制备：
将步骤3b制得的金属玻璃碎片、铝粉混合粉末用铝箔包裹，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块。
步骤5、金属玻璃强化处理铝合金的制备：
5a、将预先称量好的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
5b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
5c、将含金属玻璃的预制块加入到合金液中，金属玻璃实际加入量为0.10wt.％重量百分比，采用超声处理5min，促进金属玻璃强化剂的均匀分散，保温时间为30min；
5d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金。
步骤6、金属玻璃强化后的铝合金热处理：
6a、将步骤5d中制备的金属玻璃强化后的铝合金在高温烘箱中进行固溶处理，固溶温度783K，固溶时间为15h，固溶处理后进行冷水淬火；
6b、在电热鼓风干燥箱中进行时效处理，时效温度438K，时效时间为18h。时效后空冷至室温。
其中，所述铜模具的尺寸为7mm，所用金属型模具的尺寸为200mm×150mm×12mm。
其中，步骤5c中所述的分散工艺为超声辅助预分散。
Ni60Nb25Ti15料棒对铝合金具有少量强化效果更佳的作用，在添加0.10wt.％强化处理30min(其中超声分散5min)处理铝合金时得到较好的高温力学性能。
a、在室温下，其屈服强度、抗拉强度和断裂应变分别由未强化铝合金的288.2MPa、398.1MPa和3.9％，分别提高到了强化后的362.5MPa、461.2MPa和5.4％，分别比未强化铝合金提高了25.78％、15.85％和38.46％，如图5所示。
b、在523K下，其屈服强度和抗拉强度分别由未强化铝合金的137.0MPa和177.5MPa，分别提高到了222.8MPa和244.5MPa，分别比未强化铝合金提高了62.63％和37.75％，如图6所示。
针对上述实施例材料进行微观组织分析及性能测量，获得以下数据：
图1是未强化处理Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图2是实施例1中0.01wt.％添加量NiNbTi金属玻璃强化处理10min的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图3是实施例2中0.05wt.％添加量NiNbTi金属玻璃强化处理20min的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图4是实施例3中0.10wt.％添加量NiNbTi金属玻璃强化处理30min的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的低倍组织图；
图5是实施例1-3中不同金属玻璃薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的室温拉伸应力应变曲线。
图6是实施例1-3中不同金属玻璃薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金在523K下的高温拉伸应力应变曲线。
表1是实施例1-3中不同金属玻璃薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金的室温拉伸性能数值；
表2是实施例1-3中不同金属玻璃薄带尺寸、不同NiNbTi添加量、不同强化时间以及不同超声工艺下强化后Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金在523K下的高温拉伸性能数值。铝合金状态均为T6热处理态。
表1
实施例 σ0.2(MPa) UTS(MPa) εf(％)
未强化处理铝合金金 288.2 398.1 3.9
实施例1 331.2 428.6 4.3
实施例2 350.7 472.2 6.8
实施例3 362.5 461.2 5.4
表2
实施例 σ0.2(MPa) UTS(MPa) εf(％)
未强化处理铝合金 137.0 177.5 9.4
实施例1 205.6 233.0 6.4
实施例2 230.9 248.3 7.5
实施例3 222.8 244.5 4.5
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、多元金属玻璃合金锭的制备：
1a、将Ni、Nb、Ti表面氧化膜打磨干净，然后按Ni60Nb25Ti10原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；
1b、将配好的Ni、Nb、Ti按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；
1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；
1d、两次抽真空后，充入0.05-0.06MPa大气压的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；
1e、打开磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转继续熔炼，熔炼次数大于等于5，每次熔炼2-4min；
1f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102℃/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为1.5s,得到金属玻璃棒料；
步骤2、金属玻璃薄带的制备：将反复熔炼得到的金属玻璃棒料放置于高真空中频感应炉真空室的石英坩埚中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊轮模具上制成金属玻璃薄带，具体包括以下步骤：
2a、将步骤1f中制备的金属玻璃料棒放置于石英坩埚中，真空室抽真空到6.0×10-3Pa；
2b、向真空室中充入0.5-0.6个大气压的高纯Ar气，再向喷注储气瓶中充入1.5-1.6个大气压的高纯Ar气，使得压差在0.9-1.1个大气压，其中，氩气纯度99.999vol.％；
2c、当高速铜辊轮模具转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊轮模具上，制得宽为1-2mm、厚20-45μm金属玻璃薄带；
步骤3、金属玻璃薄带的破碎：
3a、将100gNiNbTi金属玻璃薄带加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，此时ZrO2球与金属玻璃薄带的质量比为8:1；在200r/min的转速下对金属玻璃薄带球磨处理0.5-2h；
3b、将球磨处理后的金属玻璃碎片以30:70的质量比与纯铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8-20h后取出，其中，铝粉纯度为99.9wt.％；
步骤4、含金属玻璃预制块的制备：
将步骤3b制得的金属玻璃碎片、铝粉混合粉末用铝箔包裹，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状预制块；
步骤5、金属玻璃强化处理铝合金的制备：
5a、将预先称量好的Al-13Si-5Cu-0.6Mg合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；
5b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；
5c、将含金属玻璃的预制块加入到合金液中，金属玻璃实际加入量为0.01-0.10wt.％重量百分比，采用超声处理2-5min，促进金属玻璃强化剂的均匀分散，保温时间为10-30min；
5d、对混合液进行搅拌，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金；
步骤6、金属玻璃强化后的铝合金热处理：
6a、将步骤5d中制备的金属玻璃强化后的铝合金在高温烘箱中进行固溶处理，固溶温度783K，固溶时间为6-15h，固溶处理后进行冷水淬火；
6b、在电热鼓风干燥箱中进行时效处理，时效温度438K，时效时间为8-18h，时效后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，其特征在于：所述步骤1f中的铜模具的尺寸为7mm，步骤5d中所用金属型模具材质为45#钢，尺寸为200mm×150mm×12mm。
3.根据权利要求1所述的利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，其特征在于：所采用的分散工艺是超声辅助预分散，时间为3min。
4.根据权利要求1所述的利用金属玻璃细化并强化近共晶铝硅合金的方法，其特征在于：所述步骤5c中，金属玻璃的最优质量百分比为0.05wt.％，最优强化时间为20min。
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