CN108265212B - 一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法 - Google Patents
一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法，利用超声波对熔体进行震荡细化以及在熔体浇注凝固过程中利用超声波对铝合金晶粒进一步细化制备出高强可溶解铝合金材料的方法。所述的利用超声波制备出高强可溶解铝合金材料中Al含量为50‑98wt.%，Zn含量为1‑30wt.%，Sn含量为0.1‑10wt.%，Ga含量为0.1‑5wt.%，In含量为0.1‑5wt.%。本发明通过在制备高强可溶解铝合金的熔体中加入超声波对熔体进行震荡处理，并在随后的熔体浇铸凝固过程中利用超声波对铝合金晶粒进行进一步细化。经过本发明处理后的可溶解铝合金组织更为细化并具有优良的力学性能和机械性能，能够获得一种高强可溶解铝合金材料，使其在工程领域获得广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其密度低、强度高、塑性好，可加工成各种型材，并具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，因此在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已得到广泛应用。
近年来，可溶解铝合金材料由于其具有良好的力学性能及较低的成本，使其在油田上的应用受到了越来越广泛的关注。在油气田的增效开采技术中，需要采用压裂球和桥塞等工具对不同作业层的施工管柱进行封堵，由于普通合金制成的压裂球等工具如果滞留井中会延长施工周期，提高施工成本，而利用可溶解铝合金制成的压裂球等工具由于其具有良好的溶解性，提高了油气田的开采率，同时也降低了成本。
为了获得高强可溶解铝合金材料，在铸造过程中施加超声波处理是一种新的既环保又安全的技术。在金属或合金的凝固过程中施加震荡，能够细化晶粒，有效的提高其组织结构及机械性能。
目前尚未有系统地通过向Al-Zn-Sn-Ga-In合金中施加超声波处理以获得高强可溶解铝合金的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法，即在制备高强可溶解铝合金的熔体中加入超声波对熔体进行震荡处理，并在随后的熔体浇注凝固过程中利用超声波对铝合金晶粒进行进一步细化，使所制备的可溶解铝合金材料具有良好的力学性能和机械性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法，其特征在于，可溶解铝合金材料中Al含量为50-98wt.%，Zn含量为1-30wt.%，Sn含量为0.1-10wt.%，Ga含量为0.1-5wt.%，In含量为0.1-5wt.%，具体制备工艺如下：
1）将纯度99.99%的铝锭放入井式电阻炉中，熔炼温度范围为680-800℃，使之熔融成为铝液；
2）向熔融的铝液中按上述质量百分比依次加入Zn、Sn、Ga、In等元素并充分搅拌，在680-800℃下保温静置1-2h，使之成为均匀铝合金熔体；
3）去除熔体表面的浮渣，在超声波功率为200W-1000W和超声波频率为20kHz-50kHz条件下，将超声波变幅杆插入到保温静置并去除浮渣后的铝合金熔体中，深度2-5cm处对铝合金熔体进行震荡处理50s-120s，得到超声波处理后的铝合金熔体；
4）将超声波变幅杆作用在铸型的侧方和底部，并将去除浮渣后的铝合金熔体浇注到预热好的石墨铸型中，在超声波功率为200W-1000W和超声波频率为20kHz-50kHz条件下，从不同方向分别对浇注过程进行超声波处理，对铝合金晶粒进行进一步细化，得到一种高强可溶解铝合金材料。
本发明的有益效果：
1）本发明在制备高强可溶解铝合金的熔体中加入超声波对熔体进行震荡处理，能够细化可溶解铝合金的铸造显微组织，并在随后的熔体浇注凝固过程中利用超声波对铝合金晶粒进行进一步细化，能够提高可溶解铝合金的力学性能和机械性能，从而获得一种高强可溶解铝合金材料。
2） 本发明所制备出的高强可溶解铝合金材料具有优良的力学性能和机械性，并且具有良好的溶解性，能够广泛应用于油气田压裂施工过程中。
附图说明
图1为对熔体进行超声波震荡处理装置示意图；
图2为从侧方对浇注过程进行超声波震荡处理装置示意图；
图3为从底部对浇注过程进行超声波震荡处理装置示意图；
图4为利用超声波制备的可溶解铝合金铸件金相组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明的技术方案：
实施例1：
首先将纯铝锭（纯度99.99%）放入井式电阻炉3中，熔炼温度为750℃，使之熔融成为铝液；其次向熔融的铝液按质量百分比依次加入Zn、Sn、Ga、In等元素并充分搅拌，材料的组成成分比为：Al：92wt.%，Zn：5wt.%，Sn：1wt.%，Ga：1wt.%，In：1wt.%。在750℃下保温静置1h，使之成为均匀熔体；然后去除熔体表面的浮渣，并将超声波变幅杆1放入到保温静置并去除浮渣后的铝合金熔体4中，在超声波功率为600W和超声波频率为20kHz条件下,将变幅杆插入熔体深度为3cm处对熔体进行震荡处理90s，得到超声波处理后的铝合金熔体。最后将超声波变幅杆1作用在石墨铸型7的侧方，并将去除浮渣后的铝合金熔体浇注到预热好的石墨铸型7中，在超声波功率为600W和超声波频率为20kHz条件下对铝合金晶粒进行进一步细化，得到一种高强可溶解铝合金材料。
实施例2：
首先将纯铝锭放入井式电阻炉3中，熔炼温度为750℃，使之熔融成为铝液；其次向熔融的铝液按质量百分比依次加入Zn、Sn、Ga、In等元素并充分搅拌，材料的组成成分比为：Al：92wt.%，Zn：5wt.%，Sn：1wt.%，Ga：1wt.%，In：1wt.%。在750℃下保温静置1h，使之成为均匀熔体；然后去除熔体表面的浮渣，并将超声波变幅杆1放入到保温静置并去除浮渣后的铝合金熔体4中，在超声波功率为600W和超声波频率为20kHz条件下，将变幅杆插入熔体深度为3cm处对熔体进行震荡处理90s，得到超声波处理后的铝合金熔体。最后将超声波变幅杆1作用在石墨铸型7的底部，并将去除浮渣后的铝合金熔体浇注到预热好的石墨铸型7中，在超声波功率为600W和超声波频率为20kHz条件下对铝合金晶粒进行进一步细化，得到一种高强可溶解铝合金材料。
实施例3：
首先将纯铝锭放入井式电阻炉3中，熔炼温度为750℃，使之熔融成为铝液；其次向熔融的铝液按质量百分比依次加入Zn、Sn、Ga、In等元素并充分搅拌，材料的组成成分比为：Al：92wt.%，Zn：5wt.%，Sn：1wt.%，Ga：1wt.%，In：1wt.%。在750℃下保温静置1h，使之成为均匀熔体；然后去除熔体表面的浮渣，并将超声波变幅杆1放入到保温静置并去除浮渣后的铝合金熔体4中，在超声波功率为600W和超声波频率为20kHz条件下，将变幅杆插入熔体深度为3cm处对熔体进行震荡处理90s，得到超声波处理后的铝合金熔体。最后将超声波变幅杆1分别同时作用在石墨铸型7的侧方和底部，并将去除浮渣后的铝合金熔体浇注到预热好的石墨铸型7中，在超声波功率为600W和超声波频率为20kHz条件下对铝合金晶粒进行进一步细化，得到一种高强可溶解铝合金材料。
Claims (1)
1.一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法，其特征在于，可溶解铝合金材料中Al：92wt.%，Zn：5wt.%，Sn：1wt.%，Ga：1wt.%，In：1wt.%，具体制备工艺如下：
1）将纯度99.99%的铝锭放入井式电阻炉中，熔炼温度范围为680-800℃，使之熔融成为铝液；
2）向熔融的铝液中按上述质量百分比依次加入Zn、Sn、Ga、In元素并充分搅拌，在680-800℃下保温静置1-2h，使之成为均匀铝合金熔体；
3）去除熔体表面的浮渣，在超声波功率为200W-1000W和超声波频率为20kHz-50kHz条件下，将超声波变幅杆插入到保温静置并去除浮渣后的铝合金熔体中，深度2-5cm处对铝合金熔体进行震荡处理50s-120s，得到超声波处理后的铝合金熔体；
4）将超声波变幅杆作用在铸型的侧方和底部，并将步骤3中超声波处理后的铝合金熔体浇注到预热好的石墨铸型中，在超声波功率为200W-1000W和超声波频率为20kHz-50kHz条件下，从不同方向分别对浇注过程进行超声波处理，对铝合金晶粒进行进一步细化，得到一种高强可溶解铝合金材料。
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