CN108441720A - 一种压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压铸铝合金及其制备方法，涉及铝合金材料技术领域，该种铝合金包括以下化学成分：Fe、Mn、Nd、Y、Sn、Sb、Li、Si、Mg、Ti、Zr、B和Al。其制备方法是通过对废铝及合金原料的熔炼、精炼、压铸速冷、时效处理、阳极氧化处理等步骤制得的。本发明的压铸铝合金制备工艺简单方便，具有优良的机械强度、韧性、耐腐蚀抗氧化性、延展性等，应用领域广泛，使用寿命长，安全可靠。

Description

一种压铸铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金是以铝为基础加入其他元素组成的合金，是结构工程中最常用的材料，具有比重小、传热性好、导电性好、环保、可回收循环利用，被广泛应用于3C、汽车交通运输，家居、航空航天、化工、火箭等各个领域。
铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金和铝稀土合金，而压铸是一种将熔融合金液倒入压力室内，以高速填充钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。传统的铝合金压铸件机械性能不好，耐腐蚀性较差，无法满足市场及现有产品材质性能要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种压铸铝合金及其制备方法，该种铝合金制备工艺简单方便，综合性能优良。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种压铸铝合金，包括常用的Si和Mg元素成分，具体包括以下按重量百分比计的化学成分：Fe：0.35-0.45％、Mn：0.60-0.66％、Nd：0.95-1.15％、Y：0.44-0.52％、Sn：0.11-0.17％、Sb：0.28-0.36％、Li：0.05-0.15％、Si：1.55-1.85％、Mg：0.16-0.22％、Ti：0.12-0.16％、Zr：0.01-0.05％、B：0.001-0.01％，余量为Al。
进一步地，上述铝合金包括以下按重量百分比计的化学成分：Fe：0.40％、Mn：0.63％、Nd：1.05％、Y：0.48％、Sn：0.14％、Sb：0.32％、Li：0.1％、Si：1.70％、Mg：0.19％、Ti：0.14％、Zr：0.03％、B：0.005％，余量为Al。
上述的一种压铸铝合金的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)备料：取废铝、Li、Sn、Sb、Mg、Nd、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金；
(2)熔炼：分为以下三个阶段
Ⅰ：先将熔炼炉预热至250-260℃，随后加入废铝、Li、Sn、Sb、Mg，以升温速率为50-60℃/min加热原料使其熔融，并保温磁力搅拌20-30min；
Ⅱ：调节熔炉升温速率为80-100℃/min，加入Nd、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌15-20min；
Ⅲ：调节熔炉升温速率为100-120℃/min，加入Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌80-100min；
(3)精炼：将步骤(2)得到的铝合金熔液以50-60℃/min速率降温至705-715℃，利用氩气向铝合金熔液中喷入精炼剂，并磁力搅拌60-70min，检验铝合金熔液成分合格后完成熔炼；
(4)压铸速冷：将铝合金熔液压铸到型腔模具中，其之后的充型参数如下：
充型率0％时，铝合金熔液流速为0.15-0.25m/s，铸造压力为74-78MPa；
充型率30％时，铝合金熔液流速为0.45-0.55m/s，铸造压力为76-80MPa；
充型率60％时，铝合金熔液流速为1.05-1.15m/s，铸造压力为84-88MPa；
充型率90％时，铝合金熔液流速为1.55-1.65m/s，铸造压力为92-96MPa；
充型压铸结束后，将铝合金压铸件水雾冷至室温；
(5)时效处理：将步骤(4)处理后的铝合金压铸件置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为100-120℃，时效时间70-80min；
时效二段：时效温度为150-170℃，时效时间80-100min；
时效三段：时效温度为210-230℃，时效时间2-3h；
(6)阳极氧化处理：将时效后的铝合金压铸件置于氧化槽中，通入混合酸溶液进行氧化反应，随后取出清洗即制得本发明的压铸铝合金。
进一步地，在上述步骤(2)中，精炼剂是由氯化钾、氟硅酸钠、氟化钙、冰晶石、鱼眼石按质量比为2:2:2:1:1组成，其制备方法是先将冰晶石和鱼眼石研磨成细度为100-150μm的粉料，再将其置于质量浓度为8-12％的盐酸中浸泡搅拌2-3h，过滤取出、清洗、烘干后，再在温度为380-420℃条件下焙烧1.5-2h，待其空冷至室温后，取出与其它成分混合均匀即得。
进一步地，在上述步骤(4)中，型腔模具的起初温度设定为250-260℃。
进一步地，在上述步骤(4)中，水雾冷却温度为10-15℃，水雾粒径为50-60μm，雾滴间距10-15μm。
进一步地，在上述步骤(6)中，所述混合酸溶液是由浓度为80-90g/的硫酸L、20-30g/L的草酸以及4-6g/L的铬酸组成。
进一步地，在上述步骤(6)中，所述阳极氧化处理的电流密度为1.35-1.45A/dm2，电压为18-20V，氧化时间为2.5-3h。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的压铸铝合金制备工艺简单方便，通过对熔炼、精炼、压铸速冷、时效处理、阳极氧化处理等工序的改进及参数的优化，改善了铝合金的内部晶体结构，细化了铸态晶粒，提高了固溶体的过饱和度，并减少了粗大未溶结晶相，调控了晶界析出相的大小和分布，增强了铝合金的致密性和稳定性，提高了其机械强度和韧性；
(2)本发明中使用的精炼剂能得到高品质的铝合金熔液，能大大降低铸件气孔率和杂质，提高成品率和铸件机械性能，有利于提高铝合金压铸件的综合性能；
(3)本发明的压铸铝合金通过对其元素成分的选用及调配，使各元素在熔炼过程中能形成多种复杂合金化合物及弥散性高温强化相，能够细化晶粒，抑制合金组织的蠕变变形，改善其综合性能；使其成品铝合金压铸件具有超高的抗压、抗拉、屈服强度；表面硬度高耐磨、耐腐蚀抗氧化、韧性好抗外力冲击、耐高温热震性能优良，应用领域广泛，使用寿命长，安全可靠；
(4)本发明的压铸铝合金具有优良的抗疲劳性能、延展性、塑性及焊接性，能够使成品件避免挤压、拉伸等过程中出现的开裂、断裂等质量不良现象，提高了成材率，大大满足了市场对高性能铝合金压铸件的需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下表1为下文中实施例1-3中一种压铸铝合金所含化学成分及含量；
表1
实施例1
一种压铸铝合金的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)备料：取废铝、Li、Sn、Sb、Mg、Nd、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金；
(2)熔炼：分为以下三个阶段
Ⅰ：先将熔炼炉预热至250℃，随后加入废铝、Li、Sn、Sb、Mg，以升温速率为50℃/min加热原料使其熔融，并保温磁力搅拌20min；
Ⅱ：调节熔炉升温速率为80℃/min，加入Nd、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌15min；
Ⅲ：调节熔炉升温速率为100℃/min，加入Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌80min；
(3)精炼：将步骤(2)得到的铝合金熔液以50℃/min速率降温至705℃，利用氩气向铝合金熔液中喷入精炼剂，并磁力搅拌60min，检验铝合金熔液成分合格后完成熔炼；
上述精炼剂是由氯化钾、氟硅酸钠、氟化钙、冰晶石、鱼眼石按质量比为2:2:2:1:1组成，其制备方法是先将冰晶石和鱼眼石研磨成细度为100μm的粉料，再将其置于质量浓度为8％的盐酸中浸泡搅拌3h，过滤取出、清洗、烘干后，再在温度为380℃条件下焙烧2h，待其空冷至室温后，取出与其它成分混合均匀即得；
(4)压铸速冷：将铝合金熔液压铸到预热温度为250℃的型腔模具中，其之后的充型参数如下：
充型率0％时，铝合金熔液流速为0.15m/s，铸造压力为74MPa；
充型率30％时，铝合金熔液流速为0.45m/s，铸造压力为76MPa；
充型率60％时，铝合金熔液流速为1.05m/s，铸造压力为84MPa；
充型率90％时，铝合金熔液流速为1.55m/s，铸造压力为92MPa；
充型压铸结束后，将铝合金压铸件水雾冷至室温；且水雾冷却温度为10℃，水雾粒径为50μm，雾滴间距10μm；
(5)时效处理：将步骤(4)处理后的铝合金压铸件置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为100℃，时效时间80min；
时效二段：时效温度为150℃，时效时间100min；
时效三段：时效温度为210℃，时效时间3h；
(6)阳极氧化处理：将时效后的铝合金压铸件置于氧化槽中，通入由浓度为80g/L的硫酸、20g/L的草酸以及4g/L的铬酸组成的混合酸溶液氧化反应3h，且操作过程中电流密度设定为1.35A/dm2，电压设定为18V，随后取出清洗即制得本发明的压铸铝合金。
实施例2
一种压铸铝合金的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)备料：取废铝、Li、Sn、Sb、Mg、Nd、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金；
(2)熔炼：分为以下三个阶段
Ⅰ：先将熔炼炉预热至255℃，随后加入废铝、Li、Sn、Sb、Mg，以升温速率为55℃/min加热原料使其熔融，并保温磁力搅拌25min；
Ⅱ：调节熔炉升温速率为90℃/min，加入Nd、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌18min；
Ⅲ：调节熔炉升温速率为110℃/min，加入Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌90min；
(3)精炼：将步骤(2)得到的铝合金熔液以55℃/min速率降温至710℃，利用氩气向铝合金熔液中喷入精炼剂，并磁力搅拌65min，检验铝合金熔液成分合格后完成熔炼；
上述精炼剂是由氯化钾、氟硅酸钠、氟化钙、冰晶石、鱼眼石按质量比为2:2:2:1:1组成，其制备方法是先将冰晶石和鱼眼石研磨成细度为120μm的粉料，再将其置于质量浓度为10％的盐酸中浸泡搅拌2.5h，过滤取出、清洗、烘干后，再在温度为400℃条件下焙烧2h，待其空冷至室温后，取出与其它成分混合均匀即得；
(4)压铸速冷：将铝合金熔液压铸到预热温度为255℃的型腔模具中，其之后的充型参数如下：
充型率0％时，铝合金熔液流速为0.20m/s，铸造压力为76MPa；
充型率30％时，铝合金熔液流速为0.50m/s，铸造压力为78MPa；
充型率60％时，铝合金熔液流速为1.10m/s，铸造压力为86MPa；
充型率90％时，铝合金熔液流速为1.60m/s，铸造压力为94MPa；
充型压铸结束后，将铝合金压铸件水雾冷至室温；且水雾冷却温度为12℃，水雾粒径为55μm，雾滴间距12μm；
(5)时效处理：将步骤(4)处理后的铝合金压铸件置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为110℃，时效时间75min；
时效二段：时效温度为160℃，时效时间90min；
时效三段：时效温度为220℃，时效时间2.5h；
(6)阳极氧化处理：将时效后的铝合金压铸件置于氧化槽中，通入由浓度为85g/L的硫酸、25g/L的草酸以及5g/L的铬酸组成的混合酸溶液氧化反应3h，且操作过程中电流密度设定为1.40A/dm2，电压设定为20V，随后取出清洗即制得本发明的压铸铝合金。
实施例3
一种压铸铝合金的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)备料：取废铝、Li、Sn、Sb、Mg、Nd、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金；
(2)熔炼：分为以下三个阶段
Ⅰ：先将熔炼炉预热至260℃，随后加入废铝、Li、Sn、Sb、Mg，以升温速率为60℃/min加热原料使其熔融，并保温磁力搅拌30min；
Ⅱ：调节熔炉升温速率为100℃/min，加入Nd、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌20min；
Ⅲ：调节熔炉升温速率为120℃/min，加入Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌100min；
(3)精炼：将步骤(2)得到的铝合金熔液以60℃/min速率降温至715℃，利用氩气向铝合金熔液中喷入精炼剂，并磁力搅拌70min，检验铝合金熔液成分合格后完成熔炼；
上述精炼剂是由氯化钾、氟硅酸钠、氟化钙、冰晶石、鱼眼石按质量比为2:2:2:1:1组成，其制备方法是先将冰晶石和鱼眼石研磨成细度为150μm的粉料，再将其置于质量浓度为12％的盐酸中浸泡搅拌2h，过滤取出、清洗、烘干后，再在温度为420℃条件下焙烧1.5h，待其空冷至室温后，取出与其它成分混合均匀即得；
(4)压铸速冷：将铝合金熔液压铸到预热温度为260℃的型腔模具中，其之后的充型参数如下：
充型率0％时，铝合金熔液流速为0.25m/s，铸造压力为78MPa；
充型率30％时，铝合金熔液流速为0.55m/s，铸造压力为80MPa；
充型率60％时，铝合金熔液流速为1.15m/s，铸造压力为88MPa；
充型率90％时，铝合金熔液流速为1.65m/s，铸造压力为96MPa；
充型压铸结束后，将铝合金压铸件水雾冷至室温；且水雾冷却温度为15℃，水雾粒径为60μm，雾滴间距15μm；
(5)时效处理：将步骤(4)处理后的铝合金压铸件置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为120℃，时效时间70min；
时效二段：时效温度为170℃，时效时间80min；
时效三段：时效温度为230℃，时效时间2h；
(6)阳极氧化处理：将时效后的铝合金压铸件置于氧化槽中，通入由浓度为90g/L的硫酸、30g/L的草酸以及6g/L的铬酸组成的混合酸溶液氧化反应2.5h，且操作过程中电流密度设定为1.45A/dm2，电压设定为20V，随后取出清洗即制得本发明的压铸铝合金。
对比例4
一种压铸铝合金的制备方法，其所含化学成分及含量与实施例2相同，但其制备方法如下：
(1)备料：取废铝、Li、Sn、Sb、Mg、Nd、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金；
(2)熔炼：将上述原料加入至熔炼炉中，以15℃/s的升温速率加热使其全部熔融；
(3)精炼：利用氩气向步骤(2)得到的铝合金熔液中喷入精炼剂，并磁力搅拌50min，检验铝合金熔液成分合格后完成熔炼；
上述精炼剂是由氯化钾、氯化钠、氟化钙、蛭石粉按质量比为2:2:2:1混匀制得；
(4)压铸速冷：将铝合金熔液压铸到预热温度为240℃的型腔模具中，充型开始时的熔液流速为0.3m/s、铸造压力为85MPa，充型率超过60％后，提高熔液的流速至2.0m/s、铸造压力为100MPa，充型压铸结束后，得铝合金压铸件；
(5)时效处理：将步骤(4)处理后的铝合金压铸件在温度为200℃的条件下盐浴保温3.5h；
(6)阳极氧化处理：将时效后的铝合金压铸件置于氧化槽中，通入浓度为120g/L硫酸溶液氧化反应2.5h，且操作过程中电流密度设定为1.2A/dm2，电压设定为15V，随后取出清洗即制得本发明的压铸铝合金。
对比例5
一种压铸铝合金，包括以下化学成分及其含量：Si：1.6％、Mn：2.5wt％、Zn：1.5wt％、Mg：0.1wt％、Fe：0.3wt％，余量为Al；其制备方法与上述对比例4相同。
性能检测
上述实施例1-3以及对比例4-5制得的压铸铝合金性能参数如下表2所示：
表2
由上表2可知，本发明的压铸铝合金在各方面性能上表现俱佳，具有显著地提升，可大大满足市场的需求，另外在对比下，实施例2制得的压铸铝合金性能最优，其相应的化学含量及制备方法为最佳方案。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种压铸铝合金，包括Si和Mg元素，其特征在于，包括以下按重量百分比计的化学成分：Fe：0.35-0.45％、Mn：0.60-0.66％、Nd：0.95-1.15％、Y：0.44-0.52％、Sn：0.11-0.17％、Sb：0.28-0.36％、Li：0.05-0.15％、Si：1.55-1.85％、Mg：0.16-0.22％、Ti：0.12-0.16％、Zr：0.01-0.05％、B：0.001-0.01％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种压铸铝合金，包括Si和Mg元素，其特征在于，包括以下按重量百分比计的化学成分：Fe：0.40％、Mn：0.63％、Nd：1.05％、Y：0.48％、Sn：0.14％、Sb：0.32％、Li：0.1％、Si：1.70％、Mg：0.19％、Ti：0.14％、Zr：0.03％、B：0.005％，余量为Al。
3.一种根据权利要求1或2所述的压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)备料：取废铝、Li、Sn、Sb、Mg、Nd、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金；
(2)熔炼：分为以下三个阶段
Ⅰ：先将熔炼炉预热至250-260℃，随后加入废铝、Li、Sn、Sb、Mg，以升温速率为50-60℃/min加热原料使其熔融，并保温磁力搅拌20-30min；
Ⅱ：调节熔炉升温速率为80-100℃/min，加入Nd、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌15-20min；
Ⅲ：调节熔炉升温速率为100-120℃/min，加入Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Si中间合金、Al-Y中间合金直至原料全部熔融，并保温磁力搅拌80-100min；
(3)精炼：将步骤(2)得到的铝合金熔液以50-60℃/min速率降温至705-715℃，利用氩气向铝合金熔液中喷入精炼剂，并磁力搅拌60-70min，检验铝合金熔液成分合格后完成熔炼；
(4)压铸速冷：将铝合金熔液压铸到型腔模具中，其之后的充型参数如下：
充型率0％时，铝合金熔液流速为0.15-0.25m/s，铸造压力为74-78MPa；
充型率30％时，铝合金熔液流速为0.45-0.55m/s，铸造压力为76-80MPa；
充型率60％时，铝合金熔液流速为1.05-1.15m/s，铸造压力为84-88MPa；
充型率90％时，铝合金熔液流速为1.55-1.65m/s，铸造压力为92-96MPa；
充型压铸结束后，将铝合金压铸件水雾冷至室温；
(5)时效处理：将步骤(4)处理后的铝合金压铸件置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为100-120℃，时效时间70-80min；
时效二段：时效温度为150-170℃，时效时间80-100min；
时效三段：时效温度为210-230℃，时效时间2-3h；
(6)阳极氧化处理：将时效后的铝合金压铸件置于氧化槽中，通入混合酸溶液进行氧化反应，随后取出清洗即可。
4.根据权利要求3所述的一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述精炼剂由氯化钾、氟硅酸钠、氟化钙、冰晶石、鱼眼石按质量比为2:2:2:1:1组成，其制备方法是先将冰晶石和鱼眼石研磨成细度为100-150μm的粉料，再将其置于质量浓度为8-12％的盐酸中浸泡搅拌2-3h，过滤取出、清洗、烘干后，再在温度为380-420℃条件下焙烧1.5-2h，待其空冷至室温后，取出与其它成分混合均匀即得。
5.根据权利要求3所述的一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述型腔模具的起初温度为250-260℃。
6.根据权利要求3所述的一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述水雾冷却温度为10-15℃，水雾粒径为50-60μm，雾滴间距10-15μm。
7.根据权利要求3所述的一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述混合酸溶液是由浓度为80-90g/的硫酸L、20-30g/L的草酸以及4-6g/L的铬酸组成。
8.根据权利要求3所述的一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述阳极氧化处理的电流密度为1.35-1.45A/dm2，电压为18-20V，氧化时间为2.5-3h。
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