CN111455227A - 一种含Sr和RE的铝硅合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含Sr和RE的铝硅合金，属于合金材料技术领域。本发明提供的一种含Sr和RE的铝硅合金，所述含Sr和RE的铝硅合金的化学成分质量分数为11.8Wt％Si、0.019‑0.045Wt％Sr、0.48‑1.0Wt％RE、其它为Al。本发明提供的一种含Sr和RE的铝硅合金，用热膨胀仪测量其在300℃下的热膨胀系数为3.19×10‑5/℃‑3.48×10‑5/℃，用热分析仪(DSC)测量相变潜热为418.8J/g‑528.8J/g。
Description
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种含Sr和RE的铝硅合金及其制备方法。
背景技术
铝硅合金具有导热系数大，储能密度高及工作温度高且稳定等特点，同时又可以降低热能储存单元的大小和质量，允许大的等温操作，已成为目前最重要的金属相变储热材料，在太阳能热发电、工业余热回收、电力削峰填谷等高温储热中具有良好的应用前景。但铝硅合金在储热过程中，经反复熔化-凝固热循环后，合金铸态组织结构发生非平衡失稳，α-Al固溶体中硅元素和杂质出现脱溶，改变合金的晶体结构。共晶硅相长大聚集成球状，初晶硅明显增大，并随循环次数增加初晶硅颗粒由小变大，导致铝硅合金储热性能有所下降。RE和Sr元素加入铝硅合金中，可细化晶粒，控制成分偏析，改善铝硅合金的性能。因此，控制热循环前组织形貌、大小和分布，对提高Al-Si合金的储热性能具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种含Sr和RE的铝硅合金及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含Sr和RE的铝硅合金，所述含Sr和RE的铝硅合金的化学成分质量分数为11.8Wt％Si、0.019-0.045Wt％Sr、0.48-1.0Wt％RE、其它为Al。
优选地，所述含Sr和RE的铝硅合金300℃时的热膨胀系数为3.19×10-5/℃-3.48×10-5/℃；所述含Sr和RE的铝硅合金的相变潜热为418.8J/g-528.8J/g。
本发明的目的之二在于提供一种含Sr和RE的铝硅合金的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤一、预热井式电阻炉至100℃后，将纯度>99.9Wt％的工业纯铝和纯度>99.9Wt％的结晶硅放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；
步骤二、再以10℃/min的加热速率升温至840℃，加入Al-10RE中间合金进行细化处理，并保温40分钟；
步骤三、再以2℃/min的速率降温至740℃，加入Al-10Sr中间合金并搅拌5分钟保温40分钟进行细化处理；
步骤四、再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。
本发明制成的产品分别用X射线衍射仪(XRD)检测相的种类，用金相显微镜(OEM)观察组织形貌、大小和分布，用热膨胀仪测量热膨胀系数，用热分析仪(DSC)测量相变潜热。
经检测本发明提供的一种含Sr和RE的高温相变储热铝硅合金的化学成分为质量分数11.8Wt％Si、0.019-0.045Wt％Sr、0.48-1.0Wt％RE、其它为Al。其在300℃下的热膨胀系数为3.19×10-5/℃-3.48×10-5/℃，其相变潜热为418.8J/g-528.8J/g。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
用天平称取工业纯铝1814.3g、结晶硅271.7g、Al-10Sr中间合金8.3g和Al-10RE中间合金208.6g，预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；再以10℃/min的加热速率升温至840℃，加入Al-10RE中间合金进行细化处理，并保温40分钟；再以2℃/min的速率降温至740℃，加入Al-10Sr中间合金并搅拌5分钟保温40分钟进行细化处理；再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。其300℃时的热膨胀系数为3.19×10-5/℃，其相变潜热为418.8J/g。
实施例2
用天平称取工业纯铝1662.3g、结晶硅254.4g、Al-10Sr中间合金9.6g和Al-10RE中间合金229.3g，预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；再以10℃/min的加热速率升温至840℃，加入Al-10RE中间合金进行细化处理，并保温40分钟；再以2℃/min的速率降温至740℃，加入Al-10Sr中间合金并搅拌5分钟保温40分钟进行细化处理；再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。其300℃时的热膨胀系数为3.48×10-5/℃其相变潜热为453.5J/g。
实施例3
用天平称取工业纯铝1738.1g、结晶硅246.4g、Al-10Sr中间合金4g和Al-10RE中间合金100g，预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；再以10℃/min的加热速率升温至840℃，加入Al-10RE中间合金进行细化处理，并保温40分钟；再以2℃/min的速率降温至740℃，加入Al-10Sr中间合金并搅拌5分钟保温40分钟进行细化处理；再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。其300℃时的热膨胀系数为3.26×10-5/℃，其相变潜热为528.8J/g。
对比例1
用天平称取工业纯铝1814.3g、结晶硅271.7g和Al-10Sr中间合金8.3g，预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；再以10℃/min的加热速率升温至840℃，并保温40分钟；再以2℃/min的速率降温至740℃，加入Al-10Sr中间合金并搅拌5分钟保温40分钟进行细化处理；再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。其300℃时的热膨胀系数为2.89×10-5/℃，其相变潜热为408.6J/g。
对比例2
用天平称取工业纯铝1814.3g、结晶硅271.7g和Al-10RE中间合金208.6g，预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；再以10℃/min的加热速率升温至840℃，加入Al-10RE中间合金进行细化处理，并保温40分钟；再以2℃/min的速率降温至740℃，保温40分钟进行细化处理；再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。其300℃时的热膨胀系数为3.01×10-5/℃，其相变潜热为410.7J/g。
对比例3
用天平称取工业纯铝1814.3g、结晶硅271.7g和Al-10Sr中间合金12.4g预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；再以10℃/min的加热速率升温至840℃，并保温40分钟；再以2℃/min的速率降温至740℃，加入Al-10Sr中间合金并搅拌5分钟保温40分钟进行细化处理；再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。其300℃时的热膨胀系数为2.95×10-5/℃、相变潜热为400.2J/g。
对比例4
用天平称取工业纯铝1814.3g、结晶硅271.7g和Al-10RE中间合金235.6g，预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；再以10℃/min的加热速率升温至840℃，加入Al-10RE中间合金进行细化处理，并保温40分钟；再以2℃/min的速率降温至740℃，保温40分钟进行细化处理；再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。其300℃时的热膨胀系数为3.11×10-5/℃，其相变潜热为415.5J/g。
表1为实施例1-3和对比例1-4中加入不同含量的Al-10Sr中间合金及Al-10RE中间合金在300℃时的热膨胀系数及其相变潜热。
通过表1可知，从本申请的技术方案中实施例1-3的一种含Sr和RE的铝硅合金，通过加入Sr和RE元素，通过二者的协同作用使得实施例1-3在300℃时的热膨胀系数和相变潜热均高于对比例1-4。
Claims (3)
1.一种含Sr和RE的铝硅合金，其特征在于：所述含Sr和RE的铝硅合金的化学成分质量分数为11.8Wt％Si、0.019-0.045Wt％Sr、0.48-1.0Wt％RE、其它为Al。
2.如权利要求1所述的一种含Sr和RE的铝硅合金，其特征在于：所述含Sr和RE的铝硅合金300℃时的热膨胀系数为3.19×10-5/℃-3.48×10-5/℃；所述含Sr和RE的铝硅合金的相变潜热为418.8J/g-528.8J/g。
3.如权利要求1所述的一种含Sr和RE的铝硅合金的制备方法，其特征在于：所述铝硅合金的制备工艺包括如下步骤：
步骤一、预热井式电阻炉至100℃后，将工业纯铝(纯度>99.9Wt％)和结晶硅(纯度>99.9Wt％)放入石墨坩埚中，然后以10℃/min的加热速率升温至760℃，待完全熔化，搅拌5分钟，加入0.5％的六氯乙烷对铝硅合金液进行精炼除气，搅拌，扒渣，保温40分钟；
步骤二、再以10℃/min的加热速率升温至840℃，加入Al-10RE中间合金进行细化处理，并保温40分钟；
步骤三、再以2℃/min的速率降温至740℃，加入Al-10Sr中间合金并搅拌5分钟保温40分钟进行细化处理；
步骤四、再搅拌，扒渣，静置5分钟，将合金液浇入温度为100℃的金属铸型中。
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