CN112475294B - 一种生产超高硅铝合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产超高硅铝合金的方法，包括以下步骤：S1.将铝‑硅合金熔液采用金属喷射成形工艺制作出铝‑硅合金锭坯；S2.对铝‑硅合金锭坯加热至半固态温度；S3.用模具压力成形的方法将具有半固态温度的铝‑硅合金锭坯用模具形成超高硅铝合金。本发明的方法先采用金属喷射成形生产较低含硅量的硅铝合金，例如含硅量50％，再将其加热至半固态温度，通过模具溢流挤压成形，将适量的液态共晶铝‑硅液相挤出至溢流槽，整体体积压缩变小，使游离硅含量富集，从而获取较高含硅量的超高硅铝合金，含硅量可提高到60％以上；本发明的方法还可按材料功能需要，通过溢流槽的不对称或局部设置，实现游离硅含量梯度变化或局部富集。

Description

一种生产超高硅铝合金的方法
技术领域
本发明属于超高硅铝合金制备技术领域，特别涉及一种生产超高硅铝合金的方法。
背景技术
超高硅铝合金(硅的质量含量≥50％)因其高耐磨性、降噪、轻质等特性，是生产轻质静音轴承的重要原料。同时，随着含硅量的增加，其线膨胀系数低至(4-7)×10-6/K，大量用作电子封装件，有着非常广泛、重要的工业用途。
粉末冶金和喷射成形是最常用的生产超高硅铝合金的工艺方法。喷射成形直接把喷射成形液雾化、喷射沉积成组织均匀、初晶硅形态优异的坯料，因此生产流程短，具有较高成本效率优势。但是当含硅量≥50％后，超高硅铝合金的熔点大幅升高，其金属液的流动性急剧降低，超高硅铝合金的喷射成形工艺性能恶化，很难喷射成形含硅量60％以上的超高硅铝合金。因此，如何生产含硅量60％以上的超高硅铝合金是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产超高硅铝合金的方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种生产超高硅铝合金的方法，包括以下步骤：
S1.将铝-硅合金熔液采用金属喷射成形工艺制作出铝-硅合金锭坯；
S2.对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度；
S3.用模具压力成形的方法将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯用模具形成超高硅铝合金。
作为上述技术方案的进一步改进，所述S2中，采用电磁感应器对铝-硅合金锭坯进行加热。
作为上述技术方案的进一步改进，所述S2中，对铝-硅合金锭坯用切割等冷、热加工方法制成适当形状并再加热至半固态温度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述S2中，对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度后保温1-60min。
作为上述技术方案的进一步改进，所述S3中，超高硅铝合金的形成过程具体为：采用的模具为锻造模具，模具包括上模和下模，上模和/或下模设有溢流槽，将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯放在上模和下模之间，用模锻设备让上模和下模进行合模。
作为上述技术方案的进一步改进，所述上模的底面设有凸块，所述凸块的底面间隔均匀设有若干个第一溢流槽。
作为上述技术方案的进一步改进，所述下模设有与所述凸块匹配的第一凹槽，所述第一凹槽的底面设有与所述第一溢流槽对应的第二溢流槽。
作为上述技术方案的进一步改进，所述上模的底面设有第二凹槽。
作为上述技术方案的进一步改进，所述下模设有与所述第二凹槽对应的第三凹槽，所述第三凹槽的底面间隔均匀设有若干个第三溢流槽。
一种超高硅铝合金，由上述方法制得，且该超高硅铝合金中硅的质量含量大于等于60％。
半固态成形技术是上世纪七十年代发明的一种新的金属成形技术。通过各种工艺手段把金属凝固过程中生成的树枝晶变成球团状晶后具有半固态触变特性和压力下流变充型能力。与传统的压铸相比，半固态成形产品具有强度和致密度高、收缩率低从而零件的尺寸形状更精准、成形温度较低使得模具寿命提高等优点。半固态温度是指固-液温度区间的温度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的方法先采用金属喷射成形生产较低含硅量的硅铝合金，例如硅的质量含量为50％，再将其加热至半固态温度，通过模具溢流挤压成形，将适量的液态共晶铝-硅液相挤出至溢流槽，整体体积压缩变小，使游离硅含量富集，从而获取较高含硅量的超高硅铝合金，硅的质量含量可提高到60％以上。本发明可按材料功能需要，通过溢流槽的不对称或局部设置，实现游离硅含量梯度变化或局部富集。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1是本发明实施例1模压前的结构示意图；
图2是本发明实施例1模压前硅铝合金的金相图；
图3是本发明实施例1模压后的结构示意图；
图4是本发明实施例1模压后硅铝合金的金相图；
图5是本发明实施例2模压前的结构示意图；
图6是本发明实施例2模压后的结构示意图；
图7是本发明实施例2模压后硅铝合金的顶部的金相图；
图8是本发明实施例2模压后硅铝合金的底部的金相图。
图中，100-铝-硅合金锭坯，200-上模，210-凸块，211-第一溢流槽，220-第二凹槽，300-下模，310-第一凹槽，311-第二溢流槽，320-第三凹槽，321-第三溢流槽。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1-4，本发明实施例1中，一种生产超高硅铝合金的方法，包括包括以下步骤：
S1.将铝-硅合金熔液采用金属喷射成形工艺制作出铝-硅合金锭坯；
S2.对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度；
S3.用模具压力成形的方法将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯用模具形成超高硅铝合金。
S2中，采用电磁感应器对铝-硅合金锭坯进行加热。这样能通过调整频率和功率很好地对铝-硅合金锭坯整体同时地加热，避免传统的外部加热法让铝-硅合金锭坯的外部先热甚至熔化，内部才能达到半固态温度，有效地减少加热时间，实现很好的整体温度的控制。
S2中，对铝-硅合金锭坯用切割等冷、热加工方法制成适当形状并加热至半固态温度。例如可以用切割等冷、热加工方法制成棒状、长方体状或正方体状，具体形状根据加工需求进行加工。
S2中，对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度后保温1-60min。具体保温时间根据温度和合金种类和铝-硅合金锭坯大小决定。这样可使铝-硅合金锭坯的内外温度较为一致。
S3中，超高硅铝合金的形成过程具体为：采用的模具为锻造模具，模具包括上模和下模，上模的底面设有凸块，凸块的底面间隔均匀设有若干个第一溢流槽，下模设有与凸块匹配的第一凹槽，第一凹槽的底面设有与第一溢流槽对应的第二溢流槽，将模具预热至500℃～600℃，将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯放在下模的第一凹槽内，用模锻设备让上模和下模进行合模，即可得到超高硅铝合金。
对比图2和图4可知，本发明先采用金属喷射成形得到含硅量50％的硅铝合金，再将其加热至半固态温度，通过模具溢流挤压成形，将适量的液态共晶铝-硅液相挤出至上模和下模的溢流槽，整体体积压缩变小，使游离硅含量富集，从而得到含硅量60％以上的超高硅铝合金。
实施例2
参照图5-8，本发明实施例2中，一种生产超高硅铝合金的方法，包括包括以下步骤：
S1.将铝-硅合金熔液采用金属喷射成形工艺制作出铝-硅合金锭坯；
S2.对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度；
S3.用模具压力成形的方法将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯用模具形成超高硅铝合金。
S2中，采用电磁感应器对铝-硅合金锭坯进行加热。这样能通过调整频率和功率很好地对铝-硅合金锭坯整体同时地加热，避免传统的外部加热法让铝-硅合金锭坯的外部先热甚至熔化，内部才能达到半固态温度，有效地减少加热时间，实现很好的整体温度的控制。
S2中，对铝-硅合金锭坯用切割等冷、热加工方法制成适当形状并加热至半固态温度。例如可以用切割等冷、热加工方法制成棒状、长方体状或正方体状，具体形状根据加工需求进行加工。
S2中，对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度后保温1-60min。具体保温时间根据温度和合金种类和铝-硅合金锭坯大小决定。这样可使铝-硅合金锭坯的内外温度较为一致。
S3中，超高硅铝合金的形成过程具体为：采用的模具为锻造模具，模具包括上模和下模，上模的底面设有第二凹槽，下模设有与第二凹槽对应的第三凹槽，第三凹槽的底面间隔均匀设有若干个第三溢流槽，将模具预热至500℃～600℃，将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯放在上模的第二凹槽和下模的第三凹槽之间，用模锻设备让上模和下模进行合模，即可得到超高硅铝合金。
本发明先采用金属喷射成形得到含硅量50％的硅铝合金，再将其加热至半固态温度，通过模具溢流挤压成形，将适量的液态共晶铝-硅液相挤出至下模的溢流槽，通过溢流槽的不对称或局部设置，实现游离硅含量梯度变化或局部富集。如图5和图6所示，溢流槽仅设置在下模，这样得到挤压成形的硅铝合金的顶部仍保留50％的游离硅含量，而邻近溢流槽的底部的游离硅含量高达60％以上，形成一种从上至下游离硅含量的梯度变化的功能结构材料，如图7和图8所示。顶部有较好的强度和可焊形，而底部则具有更好的耐磨性和在不同温度下因热膨胀系数显著降低带来的尺寸稳定性。
本发明的溢流槽的尺寸(a、h)和间距b可根据实际需要进行设置。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种生产超高硅铝合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将铝-硅合金熔液采用金属喷射成形工艺制作出铝-硅合金锭坯；
S2.对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度；
S3.用模具压力成形的方法将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯用模具形成超高硅铝合金；
所述超高硅铝合金中硅的质量含量大于等于60%；
所述S3中，超高硅铝合金的形成过程具体为：采用的模具为锻造模具，模具包括上模和下模，上模和/或下模设有溢流槽，将具有半固态温度的铝-硅合金锭坯放在上模和下模之间，用模锻设备让上模和下模进行合模。
2.根据权利要求1所述的生产超高硅铝合金的方法，其特征在于，所述S2中，采用电磁感应器对铝-硅合金锭坯进行加热。
3.根据权利要求1所述的生产超高硅铝合金的方法，其特征在于，所述S2中，对铝-硅合金锭坯用切割加工方法制成适当形状并加热至半固态温度。
4.根据权利要求1所述的生产超高硅铝合金的方法，其特征在于，所述S2中，对铝-硅合金锭坯加热至半固态温度后保温1-60min。
5.根据权利要求1所述的生产超高硅铝合金的方法，其特征在于，所述上模的底面设有凸块，所述凸块的底面间隔均匀设有若干个第一溢流槽。
6.根据权利要求5所述的生产超高硅铝合金的方法，其特征在于，所述下模设有与所述凸块匹配的第一凹槽，所述第一凹槽的底面设有与所述第一溢流槽对应的第二溢流槽。
7.根据权利要求1所述的生产超高硅铝合金的方法，其特征在于，所述上模的底面设有第二凹槽，所述下模设有与第二凹槽对应的第三凹槽，所述第三凹槽的底面间隔均匀设有若干个第三溢流槽。
8.一种超高硅铝合金，其特征在于，由权利要求1-7中任一项所述的生产超高硅铝合金的方法制得，且所述超高硅铝合金中硅的质量含量大于等于60%。
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