CN109136599B - 高熵合金孕育亚共晶铝硅合金制备工艺 - Google Patents

高熵合金孕育亚共晶铝硅合金制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高熵合金孕育亚共晶铝硅合金制备工艺，首先制备AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)高熵合金；使用纯铝以及Al‑20Si合金混合熔化得到合金熔体，通过精炼浇注得到亚共晶Al‑(6～9)Si合金；将高熵合金作为孕育剂以不同的质量分数加入到亚共晶Al‑(6～9)Si合金中对其进行孕育处理，得到细小均匀的共晶硅α‑Al等轴晶组织，从而提高亚共晶铝硅合金的力学性能。本发明的有益效果是该孕育剂能够细化α‑Al晶粒，并得到细小且均匀分布的共晶硅组织，减少对基体的割裂作用和应力集中的趋势。

Description

高熵合金孕育亚共晶铝硅合金制备工艺
技术领域
本发明属于铝硅合金孕育技术领域，涉及一种孕育亚共晶铝硅合金的制备工艺。
背景技术
铝硅合金是以铝和硅为主要元素的铸造合金，由于其具有密度小、比强度高、导热性好、热膨胀系数小、耐磨、耐腐蚀等优点被广泛应用于生产汽车发动机的缸体、缸盖、轮毂和活塞等部件，降低汽车重量，减少油耗和二氧化碳气体的排放。亚共晶铝硅合金的微观组织主要由α-Al和共晶硅组成，其α-Al为粗大的树枝晶，而中共晶硅呈细长的针片状，这种细长的针片状组织严重割裂了合金基体的连续性；从而使亚共晶铝硅合金的其力学性能显著降低。而对亚共晶铝硅合金进行孕育处理，能够得到细小均匀的共晶硅和α-Al等轴晶组织，使得合金力学性能大大提高，对合金的使用有着至关重要的作用。
高熵合金是一种由五种或五种以上的元素以等摩尔比或近似等摩尔比组成的一种固溶体合金，由于高熵合金具有比传统金属合金更加突出的性能，因此在近年来备受人们的青睐。
发明内容
本发明的目的在于提供高熵合金AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)孕育亚共晶铝硅合金的制备工艺，本发明的有益效果是能够得到细小且均匀分布共晶硅和α-Al等轴晶晶粒，增加了合金组织的致密性，减少了粗大片状共晶硅对基体的割裂作用，提高了亚共晶Al-Si合金的力学性能，扩大了亚共晶Al-Si合金的应用领域，提高使用寿命，节约原材料。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤1：首先制备AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)高熵合金；
步骤2：使用纯铝以及Al-20Si合金混合熔化得到合金熔体，通过精炼浇注得到亚共晶Al-(6～9)Si合金；
步骤3：将AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)高熵合金作为孕育剂以不同的质量分数加入到亚共晶Al-(6～9)Si合金中对其进行孕育处理，得到细小均匀的共晶硅组织，从而提高亚共晶铝硅合金的力学性能。
进一步，步骤1中通过真空电弧炉制备AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)高熵合金，Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti六种金属元素混合。采用纯金属真空电弧熔炼，制备得到的高熵合金杂质少、氧化少，并且合金通过反复重熔，消除成分偏析。
进一步，步骤3中所占质量比为高熵合金0.1％～0.3％，硅6～9％，铝余量。进一步，步骤1中将纯度均大于99.9wt％的金属Al、Co、Cr、Fe、Ni按照等摩尔比以及不同的Ti摩尔分数进行配料，在高纯氩气保护气氛下采用真空电弧炉熔炼炉在200A电流下熔炼2.0min～5.0min，并将其反复重熔5～6次，以保证其成分均匀，最终得倒40g左右的纽扣状铸锭。
进一步，铸锭分成小块，用铝箔包覆压入温度为800℃～820℃的亚共晶铝硅合金金属液中，在800～820℃下保温10～30min，在此过程中每隔5～10min搅拌一次。
进一步，金属液中通入高纯氩气进行精炼除气，然后进行表面扒渣处理，扒渣后于720℃左右浇注成形，制得亚共晶铝硅合金试样。
附图说明
图1为本发明实施例中未孕育亚共晶铝硅合金1的共晶Si微观形貌图；
图2为本发明实施例中高熵合金孕育亚共晶铝硅合金2的共晶Si微观形貌图；
图3为本发明实施例中未孕育亚共晶铝硅合金1的α-Al微观形貌图；
图4为本发明实施例中高熵合金孕育亚共晶铝硅合金2的α-Al微观形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例
(1)首先制备AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)高熵合金孕育剂，将纯度均大于99.9％的Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti六种金属元素按照摩尔比进行配料，放入真空电弧炉中，在高纯氩气保护下，以200A的电流熔炼2.0min～5.0min至其完全熔化，并反复熔炼5～6次，以保证其成分均匀，之后得到40g高熵合金试样。
(2)将工业纯铝、Al-20Si合金按比例混合，在Si-C棒坩埚炉中800℃温度下加热至全部熔化后，在750℃温度下保温15min，得到Al-(6～9)Si合金熔体；
(3)将0.8wt％C2Cl6用铝箔包覆压入到步骤(2)的熔体中，通入高纯氩气，搅拌精炼、除渣除气，后于720℃浇入到金属模具中凝固成形，制得亚共晶铝硅合金1；
(4)将步骤(3)中的亚共晶铝硅合金在800℃温度下熔化，按配比加入步骤(1)制备好的高熵合金孕育剂，保温10～30min，并且每隔5～10min搅拌一次，在720℃温度下保温5min，得到孕育亚共晶铝硅合金2。在步骤(4)中，所述高熵合金孕育剂为AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5),孕育剂含量为0.2wt.％。
本实施例中工业纯铝、Al-20Si、高熵合金的用量根据孕育Al-(6～9)Si亚共晶铝硅合金含量进行确定。其中，孕育亚共晶铝硅合金，硅元素含量为6～9％、高熵合金含量为0.2％，余量为铝。
效果实施例
如图1和图2所示，高熵合金孕育亚共晶铝硅合金2与未孕育亚共晶铝硅合金1的α-Al及共晶Si微观形貌比较试验。本发明高熵合金孕育亚共晶铝硅合金的制备工艺，采用高熵合金AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)作为亚共晶铝硅合金的孕育剂，可以获得端部明显钝化、尺寸显著减小的短杆状和粒状的共晶Si组织(如图1和图2所示)。与传统的铸造亚共晶铝硅合金Si相；细化后α-Al的二次枝晶间距显著减小(如图3和图4所示)比，初生Si平均尺寸减小了69.8％，共晶Si圆整度提高了81.6％。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.高熵合金孕育亚共晶铝硅合金制备工艺，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1：首先制备AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)高熵合金；通过真空电弧炉制备AlCoCrFeNiTix，x＝0.5～1.5高熵合金，Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti五种金属元素进行混合，采用纯金属真空电弧熔炼，制备得到的高熵合金杂质少、氧化少，并且合金通过反复重熔，消除成分偏析；将纯度均大于99.9wt％的金属Al、Co、Cr、Fe、Ni、Ti按照摩尔比配料，在高纯氩气保护气氛下采用真空电弧炉熔炼炉在200A电流下熔炼2.0min～5.0min，并将其反复重熔5～6次，以保证其成分均匀，最终得到纽扣状AlCoCrFeNiTix(x＝0.5～1.5)铸锭；
步骤2：使用纯铝以及Al-20Si合金混合熔化得到合金熔体，通过精炼浇注得到亚共晶铝硅合金Al-(6～9)Si；
步骤3：将高熵合金作为孕育剂以不同的质量分数加入到亚共Al-(6～9)Si合金中对其进行孕育处理，得到细小均匀的共晶硅和α-Al等轴晶组织，从而提高亚共晶铝硅合金的力学性能，所占质量比为高熵合金0.1％～0.3％，硅6～9％，铝余量；铸锭分成小块，用铝箔包覆压入温度为800℃～820℃的亚共晶铝硅合金金属液中，在800～820℃下保温10～30min，在此过程中每隔5～10min搅拌一次，金属液中通入高纯氩气进行精炼除气，然后进行表面扒渣处理，扒渣后于720℃左右浇注成形，制得亚共晶铝硅合金试样。
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