CN108342622A - 一种稀土涂层复合铝硅铜合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稀土涂层复合铝硅铜合金的制备方法，本发明通过调整工艺以及参数解提升了合金的针孔度；本发明采用磁控溅射的方法，并采用低温轧制的手段，在铝硅铜合金表面形成稀土记忆合金层，能够将提升该合金的屈服强度，使得铝硅铜合金的表面均匀致密、膜基结合强度高、力学性能优良。

Description

一种稀土涂层复合铝硅铜合金的制备方法
所属技术领域
本发明涉及铝合金制造领域，具体涉及一种稀土涂层复合铝硅铜合金的制备方法。
背景技术
合金材料由于在材料中存在多种金属元素，因此可以具有不同金属元素的特性，具备了不同金属元素的特性后，扩大了合金材料的性能和使用范围。铜铝合金合金的使用范围很广，可以用于轻工、重工、电子行业等。例如被用来制作弹簧、电子设备的金属部分、五金器材、医疗设备等
Al-Si-Cu系铝合金锭是一种具有良好综合性能的压铸铝合金，现如今被于汽车零部件行业广泛应用。目前许多生产汽车零部件的用户在对于Al-Si-Cu系铝合金锭的各种性能要求越来越严苛，由于铝锭针孔度问题，从而导致的产品零件疏松、开裂，不良率较大。
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是指经过适当变形后，在一定物理条件变化下能自动做功而恢复变形前形状的合金。形状记忆合金因其具有较高的可恢复性形变，已成为一种重要的功能材料，获得了广泛应用。镍钛系形状记忆具有记忆恢复原形、无磁性、耐磨耐蚀、耐高温、无毒性的特点。不过，当前的形状记忆合金的屈服强度一般在700MPa以下。
发明内容
本发明提供一种稀土涂层复合铝硅铜合金的制备方法，本发明通过调整工艺以及参数解提升了合金的针孔度；本发明采用磁控溅射的方法，并采用低温轧制的手段，在铝硅铜合金表面形成稀土记忆合金层，能够将提升该合金的屈服强度，使得铝硅铜合金的表面均匀致密、膜基结合强度高、力学性能优良。
为了实现上述目的，本发明提供了一种稀土涂层复合铝硅铜合金的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备铝铜合金基材
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为3-5小时，熔化终止温度控制为850±10℃；
用铁锹在合金液表面撒上15-20KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面5-10分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液；
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6kg/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材；
（2）将材料按比例配料，其中配料比例为硅的质量百分比为21％-35％，余量为上述铝铜合金基材；
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材；
（3）基材预处理
所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗；
（4）制备稀土记忆合金靶材
该稀土记忆合金靶材由钛、镍、铝、钇、铬、硅元素构成；
按重量份包括如下组分：钛55-65份，镍10-12份；铝6-9份；钇1-3份、铬4-6份；硅1-2份；
采用熔炼法制备得到稀土记忆合金靶材 ；
（5）采用上述合金靶材，使用磁控溅射方法，在上述基材上形成薄膜状的稀土记忆合金层：
抽真空至10-4Pa以上，充入氮气，然后再抽真空至10-4Pa，调整工作电压为500V，溅射占空比65-68%，开始进行溅射沉积，控制厚度为150-250μm得到薄膜状的稀土记忆合金层；
启动轧机系统，设定上下轧辊的速比为1.2-1.5 ，设定每次轧制形变量为2-3%；设定低速辊的速度为0.05-0.1m/s，开始具有稀土记忆合金层的钨镍合金的轧制过程；一次轧制过后，重复进行轧制3-5次，轧制过程中，保持环境温度为-30至-20摄氏度；在150-200摄氏度进行低温热处理1-2h，得到产品。
本发明具备以下优点：
（1）本发明通过调整工艺以及参数解提升了合金的针孔度；
（2）本发明采用磁控溅射的方法，并采用低温轧制的手段，在铝硅铜合金表面形成稀土记忆合金层，能够将提升该合金的屈服强度，使得铝硅铜合金的表面均匀致密、膜基结合强度高、力学性能优良。
具体实施方式
实施例一
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为3小时，熔化终止温度控制为850±10℃。
用铁锹在合金液表面撒上15KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面5分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液。
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6KG/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材。
将材料按比例配料，其中配料比例为硅的质量百分比为21％，余量为上述铝铜合金基材。
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；具体为将上述配料在中频感应炉内熔炼，升温至900℃，充 分搅拌，用熔剂(30％Nacl+47％Kcl+23％冰晶石)进行覆盖造渣，并用六氯乙烷除气；用导流管将金属熔液注入喷射沉积装置中，采用高压氮气直接将金属液滴雾化沉积在基体上，制备成一定尺寸的锭坯。其中，气体压强为0.8MPa，喷嘴直径为2.8mm，喷嘴距基体距离为200mm； 将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材。
基材预处理，所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗。所述研磨抛光，可将基材先在600目的金刚石砂轮盘上进行粗磨10min，然后在1200目的金刚石砂轮盘上进行细磨10min，再用W2.5的金刚石抛光粉进行抛光至试样表面均匀光亮，所述超声清洗，可将研磨抛光后的基材按以下顺序清洗，丙酮超声清洗5min→无水乙醇超声清洗5min→烘干待用，所述离子源清洗，可采用霍尔离子源对基材进行清洗5min，压强为2×10-2Pa，基材温度为300℃，氩气通量为10sccm，偏压为-100V，阴极电流为29.5A，阴极电压为19V，阳极电流为7A，阳极电压为80V，以清除基材表面的吸附气体以及杂质，提高沉积涂层与基材的结合强度以及成膜质量。
制备稀土记忆合金靶材，该稀土记忆合金靶材由钛、镍、铝、钇、铬、硅元素构成；按重量份包括如下组分：钛55份，镍10份；铝6份；钇1份、铬4份；硅1份；采用熔炼法制备得到稀土记忆合金靶材 。
采用上述合金靶材，使用磁控溅射方法，在上述基材上形成薄膜状的稀土记忆合金层：抽真空至10-4Pa以上，充入氮气，然后再抽真空至10-4Pa，调整工作电压为500V，溅射占空比65%，开始进行溅射沉积，控制厚度为150μm得到薄膜状的稀土记忆合金层。
启动轧机系统，设定上下轧辊的速比为1.2 ，设定每次轧制形变量为2%；设定低速辊的速度为0.05m/s，开始具有稀土记忆合金层的钨镍合金的轧制过程；一次轧制过后，重复进行轧制3次，轧制过程中，保持环境温度为-30至-20摄氏度；在150摄氏度进行低温热处理1h，得到产品。
实施例二
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为5小时，熔化终止温度控制为850±10℃。
用铁锹在合金液表面撒上20KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面10分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液。
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6KG/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材。
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；具体为将上述配料在中频感应炉内熔炼，升温至1250℃，充 分搅拌，用熔剂(30％Nacl+47％Kcl+23％冰晶石)进行覆盖造渣，并用六氯乙烷除气；用导流管将金属熔液注入喷射沉积装置中，采用高压氮气直接将金属液滴雾化沉积在基体上，制备成一定尺寸的锭坯。其中，气体压强为1.0MPa，喷嘴直径为3.5mm，喷嘴距基体距离为300mm； 将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材。
基材预处理，所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗。所述研磨抛光，可将基材先在600目的金刚石砂轮盘上进行粗磨10min，然后在1200目的金刚石砂轮盘上进行细磨10min，再用W2.5的金刚石抛光粉进行抛光至试样表面均匀光亮，所述超声清洗，可将研磨抛光后的基材按以下顺序清洗，丙酮超声清洗5min→无水乙醇超声清洗5min→烘干待用，所述离子源清洗，可采用霍尔离子源对基材进行清洗5min，压强为2×10-2Pa，基材温度为300℃，氩气通量为10sccm，偏压为-100V，阴极电流为29.5A，阴极电压为19V，阳极电流为7A，阳极电压为80V，以清除基材表面的吸附气体以及杂质，提高沉积涂层与基材的结合强度以及成膜质量。
制备稀土记忆合金靶材，该稀土记忆合金靶材由钛、镍、铝、钇、铬、硅元素构成；按重量份包括如下组分：钛65份，镍12份；铝9份；钇3份、铬6份；硅2份；采用熔炼法制备得到稀土记忆合金靶材 。
采用上述合金靶材，使用磁控溅射方法，在上述基材上形成薄膜状的稀土记忆合金层：抽真空至10-4Pa以上，充入氮气，然后再抽真空至10-4Pa，调整工作电压为500V，溅射占空比68%，开始进行溅射沉积，控制厚度为250μm得到薄膜状的稀土记忆合金层。
启动轧机系统，设定上下轧辊的速比为1.5 ，设定每次轧制形变量为3%；设定低速辊的速度为0.1m/s，开始具有稀土记忆合金层的钨镍合金的轧制过程；一次轧制过后，重复进行轧制5次，轧制过程中，保持环境温度为-20摄氏度；在200摄氏度进行低温热处理2h，得到产品。

Claims (1)

1.一种稀土涂层复合铝硅铜合金的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备铝铜合金基材
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为3-5小时，熔化终止温度控制为850±10℃；
用铁锹在合金液表面撒上15-20KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面5-10分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液；
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6kg/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材；
（2）将材料按比例配料，其中配料比例为硅的质量百分比为21％-35％，余量为上述铝铜合金基材；
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材；
（3）基材预处理
所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗；
（4）制备稀土记忆合金靶材
该稀土记忆合金靶材由钛、镍、铝、钇、铬、硅元素构成；
按重量份包括如下组分：钛55-65份，镍10-12份；铝6-9份；钇1-3份、铬4-6份；硅1-2份；
采用熔炼法制备得到稀土记忆合金靶材 ；
（5）采用上述合金靶材，使用磁控溅射方法，在上述基材上形成薄膜状的稀土记忆合金层：
抽真空至10-4Pa以上，充入氮气，然后再抽真空至10-4Pa，调整工作电压为500V，溅射占空比65-68%，开始进行溅射沉积，控制厚度为150-250μm得到薄膜状的稀土记忆合金层；
启动轧机系统，设定上下轧辊的速比为1.2-1.5 ，设定每次轧制形变量为2-3%；设定低速辊的速度为0.05-0.1m/s，开始具有稀土记忆合金层的钨镍合金的轧制过程；一次轧制过后，重复进行轧制3-5次，轧制过程中，保持环境温度为-30至-20摄氏度；在150-200摄氏度进行低温热处理1-2h，得到产品。
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