CN113564437A - 高强度稀土增强的铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高强度稀土增强的铝合金及其制备方法，配方包括：铝锭、铜锭、铅锭、铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金、铝镥中间合金和铝钛硼中间合金；各组分的重量份数分别是：12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金、7～9份的铝镥中间合金和2～6份的铝钛硼中间合金；该发明通过添加高强度稀土元素增强了铝合金的抗腐蚀性和抗氧化性，减低了特殊环境下铝合金的腐蚀风险，金属光泽长期保持，装饰效果好，且通过晶粒细化提升了铝合金的抗拉强度和韧性，避免了使用过程中的断裂问题，提高了铝合金的工作可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体为高强度稀土增强的铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金，是一种以铝元素为基添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一，除具有铝的一般特性外，由于添加合金化元素的种类和数量的不同又具有一些合金的具体特性。
然而，现有的铝合金及其制备方法大多存在以下问题：其一，仅通过添加镁、铜、铅、硅等常规元素进行合金化，抗腐蚀性和抗氧化性较差，受特殊环境腐蚀严重，难以长期保持其金属光泽，装饰效果有限；其二，材料抗拉强度低、韧性差，使用过程中容易出现断裂问题，不可避免的影响了铝合金的工作可靠性；其三，制备过程中除杂力度不足，材料中残留有多余的气体，产生了一定的空隙，破坏了铝合金的结构致密性，影响了铝合金的整体性能。
发明内容
本发明的目的在于提供高强度稀土增强的铝合金及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高强度稀土增强的铝合金，配方包括：铝锭、铜锭、铅锭、铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金、铝镥中间合金和铝钛硼中间合金；各组分的重量份数分别是：12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金、7～9份的铝镥中间合金和2～6份的铝钛硼中间合金。
优选的，所述铝锭、铜锭和铅锭中铝元素、铜元素和铅元素的纯度分别为99.9％、99.8％和99.7％。
优选的，所述铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金中锡元素、钇元素、钆元素和镥元素的含量分别为10％、11％、9％和9％。
优选的，所述铝钛硼中间合金中钛元素和硼元素的含量分别为9％和3％。
高强度稀土增强的铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取原料；步骤二，真空熔炼；步骤三，排气精炼；步骤四，晶粒细化；步骤五，压铸成型；
其中上述步骤一中，按照各组分的重量份数分别称取12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金和7～9份的铝镥中间合金，备用；
其中上述步骤二中，将步骤一中备好的铅锭和铝锡中间合金放入真空感应熔炼炉中，进行初段加热，使铅锭和铝锡中间合金熔化成熔融态，再将入步骤一中备好的铝锭，进行二段加热，使铝锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，接着加入步骤一中备好的铜锭，进行三段加热，使铜锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，再加入步骤一中备好的铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金，进行四段加热，使铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，得到混合金属液；
其中上述步骤三中，将步骤二中得到的混合金属液倒入精炼炉中，降至精炼温度，再从炉底注入适量的惰性气体，在混合金属液中形成大量细小的弥散气泡，吸附住氢气和氧化夹渣，并呈螺旋形缓慢上浮，使氢气从炉顶排入氢气回收系统，接着进行静置，使氧化夹渣漂浮在铝合金液的表面，从炉侧排入废渣处理系统，得到铝合金液；
其中上述步骤四中，将步骤三中得到的铝合金液转入超声波反应釜中，并加热至细化温度，再加入步骤一中备好的铝钛硼中间合金，进行保温，使铝钛硼中间合金熔化后熔融态，并在超声波的空化作用下，使铝合金液中残留的氢气和氧化夹渣分层集聚，上浮后分别排入氢气回收系统和废渣处理系统，接着快速冷却至常温，得到组织细晶化的固态合金；
其中上述步骤五中，将步骤四中得到的固态合金放入压铸机中，并加入预制形状的压铸模具，再将固态合金热熔后注入压铸模具中，进行连续压铸，冷却后取出，即得高强度稀土增强的铝合金。
优选的，所述步骤二中，真空感应熔炼炉的初段加热温度为280～330℃，二段加热温度为640～670℃，三段加热温度为1050～1150℃，四段加热温度为1600～1700℃。
优选的，所述步骤三中，精炼炉的精炼温度为765～805℃。
优选的，所述步骤四中，超声波反应釜的工作频率为5～13kHz，细化温度为810～840℃，保温时间为10～15min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该高强度稀土增强的铝合金及其制备方法，通过添加抗腐蚀性强的钇、钆、镥稀土元素进行合金化，从而增强了铝合金的抗腐蚀性和抗氧化性，减低了特殊环境下铝合金的腐蚀风险，金属光泽长期保持，装饰效果好；通过添加高强度稀土元素，并进行晶粒细化，从而提升了铝合金的抗拉强度和韧性，避免了使用过程中的断裂问题，提高了铝合金的工作可靠性；通过排气精炼和晶粒细化处理，从而大幅度提高了除杂力度，去除了铝合金中的多余气体和杂质，消除了结构空隙，提高了结构致密性，提升了铝合金的整体性能。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
高强度稀土增强的铝合金，配方包括：铝锭、铜锭、铅锭、铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金、铝镥中间合金和铝钛硼中间合金；各组分的重量份数分别是：12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金、7～9份的铝镥中间合金和2～6份的铝钛硼中间合金，铝锭中铝元素的纯度为99.9％，铜锭中铜元素的纯度为99.8％，铅锭中铅元素的纯度为99.7％，铝锡中间合金中锡元素的含量为10％，铝钇中间合金中钇元素的含量为11％，铝钆中间合金中钆元素的含量为9％，铝镥中间合金中镥元素的含量为9％，铝钛硼中间合金中钛元素和硼元素的含量分别为9％和3％。
高强度稀土增强的铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取原料；步骤二，真空熔炼；步骤三，排气精炼；步骤四，晶粒细化；步骤五，压铸成型；
其中上述步骤一中，按照各组分的重量份数分别称取12份的铝锭、11份的铜锭、8份的铅锭、5份的铝锡中间合金、10份的铝钇中间合金、8份的铝钆中间合金和7份的铝镥中间合金，备用；
其中上述步骤二中，将步骤一中备好的铅锭和铝锡中间合金放入真空感应熔炼炉中，初段加热至280～330℃，使铅锭和铝锡中间合金熔化成熔融态，再将入步骤一中备好的铝锭，二段加热至640～670℃，使铝锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，接着加入步骤一中备好的铜锭，三段加热至1050～1150℃，使铜锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，再加入步骤一中备好的铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金，四段加热至1600～1700℃，使铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，得到混合金属液；
其中上述步骤三中，将步骤二中得到的混合金属液倒入精炼炉中，降至精炼温度765～805℃，再从炉底注入适量的惰性气体，在混合金属液中形成大量细小的弥散气泡，吸附住氢气和氧化夹渣，并呈螺旋形缓慢上浮，使氢气从炉顶排入氢气回收系统，接着进行静置，使氧化夹渣漂浮在铝合金液的表面，从炉侧排入废渣处理系统，得到铝合金液；
其中上述步骤四中，将步骤三中得到的铝合金液转入超声波反应釜中，并加热至细化温度810～840℃，再加入步骤一中备好的铝钛硼中间合金，保温810～840℃，使铝钛硼中间合金熔化后熔融态，并在5～13kHz超声波的空化作用下，使铝合金液中残留的氢气和氧化夹渣分层集聚，上浮后分别排入氢气回收系统和废渣处理系统，接着快速冷却至常温，得到组织细晶化的固态合金；
其中上述步骤五中，将步骤四中得到的固态合金放入压铸机中，并加入预制形状的压铸模具，再将固态合金热熔后注入压铸模具中，进行连续压铸，冷却后取出，即得高强度稀土增强的铝合金。
实施例2：
高强度稀土增强的铝合金，配方包括：铝锭、铜锭、铅锭、铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金、铝镥中间合金和铝钛硼中间合金；各组分的重量份数分别是：12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金、7～9份的铝镥中间合金和2～6份的铝钛硼中间合金，铝锭中铝元素的纯度为99.9％，铜锭中铜元素的纯度为99.8％，铅锭中铅元素的纯度为99.7％，铝锡中间合金中锡元素的含量为10％，铝钇中间合金中钇元素的含量为11％，铝钆中间合金中钆元素的含量为9％，铝镥中间合金中镥元素的含量为9％，铝钛硼中间合金中钛元素和硼元素的含量分别为9％和3％。
高强度稀土增强的铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取原料；步骤二，真空熔炼；步骤三，排气精炼；步骤四，晶粒细化；步骤五，压铸成型；
其中上述步骤一中，按照各组分的重量份数分别称取15份的铝锭、13份的铜锭、10份的铅锭、6份的铝锡中间合金、11份的铝钇中间合金、9份的铝钆中间合金和8份的铝镥中间合金，备用；
其中上述步骤二中，将步骤一中备好的铅锭和铝锡中间合金放入真空感应熔炼炉中，初段加热至280～330℃，使铅锭和铝锡中间合金熔化成熔融态，再将入步骤一中备好的铝锭，二段加热至640～670℃，使铝锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，接着加入步骤一中备好的铜锭，三段加热至1050～1150℃，使铜锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，再加入步骤一中备好的铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金，四段加热至1600～1700℃，使铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，得到混合金属液；
其中上述步骤三中，将步骤二中得到的混合金属液倒入精炼炉中，降至精炼温度765～805℃，再从炉底注入适量的惰性气体，在混合金属液中形成大量细小的弥散气泡，吸附住氢气和氧化夹渣，并呈螺旋形缓慢上浮，使氢气从炉顶排入氢气回收系统，接着进行静置，使氧化夹渣漂浮在铝合金液的表面，从炉侧排入废渣处理系统，得到铝合金液；
其中上述步骤四中，将步骤三中得到的铝合金液转入超声波反应釜中，并加热至细化温度810～840℃，再加入步骤一中备好的铝钛硼中间合金，保温810～840℃，使铝钛硼中间合金熔化后熔融态，并在5～13kHz超声波的空化作用下，使铝合金液中残留的氢气和氧化夹渣分层集聚，上浮后分别排入氢气回收系统和废渣处理系统，接着快速冷却至常温，得到组织细晶化的固态合金；
其中上述步骤五中，将步骤四中得到的固态合金放入压铸机中，并加入预制形状的压铸模具，再将固态合金热熔后注入压铸模具中，进行连续压铸，冷却后取出，即得高强度稀土增强的铝合金。
实施例3：
高强度稀土增强的铝合金，配方包括：铝锭、铜锭、铅锭、铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金、铝镥中间合金和铝钛硼中间合金；各组分的重量份数分别是：12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金、7～9份的铝镥中间合金和2～6份的铝钛硼中间合金，铝锭中铝元素的纯度为99.9％，铜锭中铜元素的纯度为99.8％，铅锭中铅元素的纯度为99.7％，铝锡中间合金中锡元素的含量为10％，铝钇中间合金中钇元素的含量为11％，铝钆中间合金中钆元素的含量为9％，铝镥中间合金中镥元素的含量为9％，铝钛硼中间合金中钛元素和硼元素的含量分别为9％和3％。
高强度稀土增强的铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取原料；步骤二，真空熔炼；步骤三，排气精炼；步骤四，晶粒细化；步骤五，压铸成型；
其中上述步骤一中，按照各组分的重量份数分别称取18份的铝锭、15份的铜锭、12份的铅锭、7份的铝锡中间合金、12份的铝钇中间合金、10份的铝钆中间合金和9份的铝镥中间合金，备用；
其中上述步骤二中，将步骤一中备好的铅锭和铝锡中间合金放入真空感应熔炼炉中，初段加热至280～330℃，使铅锭和铝锡中间合金熔化成熔融态，再将入步骤一中备好的铝锭，二段加热至640～670℃，使铝锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，接着加入步骤一中备好的铜锭，三段加热至1050～1150℃，使铜锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，再加入步骤一中备好的铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金，四段加热至1600～1700℃，使铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，得到混合金属液；
其中上述步骤三中，将步骤二中得到的混合金属液倒入精炼炉中，降至精炼温度765～805℃，再从炉底注入适量的惰性气体，在混合金属液中形成大量细小的弥散气泡，吸附住氢气和氧化夹渣，并呈螺旋形缓慢上浮，使氢气从炉顶排入氢气回收系统，接着进行静置，使氧化夹渣漂浮在铝合金液的表面，从炉侧排入废渣处理系统，得到铝合金液；
其中上述步骤四中，将步骤三中得到的铝合金液转入超声波反应釜中，并加热至细化温度810～840℃，再加入步骤一中备好的铝钛硼中间合金，保温810～840℃，使铝钛硼中间合金熔化后熔融态，并在5～13kHz超声波的空化作用下，使铝合金液中残留的氢气和氧化夹渣分层集聚，上浮后分别排入氢气回收系统和废渣处理系统，接着快速冷却至常温，得到组织细晶化的固态合金；
其中上述步骤五中，将步骤四中得到的固态合金放入压铸机中，并加入预制形状的压铸模具，再将固态合金热熔后注入压铸模具中，进行连续压铸，冷却后取出，即得高强度稀土增强的铝合金。
将上述实施例所得高强度稀土增强的铝合金分别进行性能检测，并与市面上的普通铝合金进行对比，所得结果如下表：
| 伸长率/％ | 抗拉强度/MPa | |
| 实施例1 | 16 | 712 |
| 实施例2 | 17 | 715 |
| 实施例3 | 17 | 722 |
| 对比例 | 10 | 468 |
基于上述，本发明的优点在于，本发明通过添加高强度稀土元素进行合金化，从而增强了铝合金的抗腐蚀性和抗氧化性，减低了特殊环境下铝合金的腐蚀风险，金属光泽长期保持，装饰效果好，且通过添加高强度稀土元素，并进行晶粒细化，从而提升了铝合金的抗拉强度和韧性，避免了使用过程中的断裂问题，提高了铝合金的工作可靠性，同时通过排气精炼和晶粒细化处理，从而大幅度提高了除杂力度，去除了铝合金中的多余气体和杂质，消除了结构空隙，提高了结构致密性，提升了铝合金的整体性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.高强度稀土增强的铝合金，配方包括：铝锭、铜锭、铅锭、铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金、铝镥中间合金和铝钛硼中间合金；其特征在于：各组分的重量份数分别是：12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金、7～9份的铝镥中间合金和2～6份的铝钛硼中间合金。
2.根据权利要求1所述的高强度稀土增强的铝合金，其特征在于：所述铝锭、铜锭和铅锭中铝元素、铜元素和铅元素的纯度分别为99.9％、99.8％和99.7％。
3.根据权利要求1所述的高强度稀土增强的铝合金，其特征在于：所述铝锡中间合金、铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金中锡元素、钇元素、钆元素和镥元素的含量分别为10％、11％、9％和9％。
4.根据权利要求1所述的高强度稀土增强的铝合金，其特征在于：所述铝钛硼中间合金中钛元素和硼元素的含量分别为9％和3％。
5.高强度稀土增强的铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取原料；步骤二，真空熔炼；步骤三，排气精炼；步骤四，晶粒细化；步骤五，压铸成型；其特征在于：
其中上述步骤一中，按照各组分的重量份数分别称取12～18份的铝锭、11～15份的铜锭、8～12份的铅锭、5～7份的铝锡中间合金、10～12份的铝钇中间合金、8～10份的铝钆中间合金和7～9份的铝镥中间合金，备用；
其中上述步骤二中，将步骤一中备好的铅锭和铝锡中间合金放入真空感应熔炼炉中，进行初段加热，使铅锭和铝锡中间合金熔化成熔融态，再将入步骤一中备好的铝锭，进行二段加热，使铝锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，接着加入步骤一中备好的铜锭，进行三段加热，使铜锭熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，再加入步骤一中备好的铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金，进行四段加热，使铝钇中间合金、铝钆中间合金和铝镥中间合金熔化成熔融态，并在感应磁场的作用下混合搅拌均匀，得到混合金属液；
其中上述步骤三中，将步骤二中得到的混合金属液倒入精炼炉中，降至精炼温度，再从炉底注入适量的惰性气体，在混合金属液中形成大量细小的弥散气泡，吸附住氢气和氧化夹渣，并呈螺旋形缓慢上浮，使氢气从炉顶排入氢气回收系统，接着进行静置，使氧化夹渣漂浮在铝合金液的表面，从炉侧排入废渣处理系统，得到铝合金液；
其中上述步骤四中，将步骤三中得到的铝合金液转入超声波反应釜中，并加热至细化温度，再加入步骤一中备好的铝钛硼中间合金，进行保温，使铝钛硼中间合金熔化后熔融态，并在超声波的空化作用下，使铝合金液中残留的氢气和氧化夹渣分层集聚，上浮后分别排入氢气回收系统和废渣处理系统，接着快速冷却至常温，得到组织细晶化的固态合金；
其中上述步骤五中，将步骤四中得到的固态合金放入压铸机中，并加入预制形状的压铸模具，再将固态合金热熔后注入压铸模具中，进行连续压铸，冷却后取出，即得高强度稀土增强的铝合金。
6.根据权利要求5所述的高强度稀土增强的铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，真空感应熔炼炉的初段加热温度为280～330℃，二段加热温度为640～670℃，三段加热温度为1050～1150℃，四段加热温度为1600～1700℃。
7.根据权利要求5所述的高强度稀土增强的铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，精炼炉的精炼温度为765～805℃。
8.根据权利要求5所述的高强度稀土增强的铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，超声波反应釜的工作频率为5～13kHz，细化温度为810～840℃，保温时间为10～15min。
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