CN115491567B - SiC增强铝合金复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SiC增强铝合金复合材料的制备方法，包括步骤1、将活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉均匀混合后，添加硅酸盐粘胶剂使其变为粘稠状并压制成反应剂块；步骤2、将所述反应剂块与铝合金基材投入熔炼炉熔炼，所述反应剂块的投入量为以所述反应剂块中活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉的总质量计算为所述铝合金基材的10～25％；步骤3、所述熔炼后进行精炼处理，浇注时进行在变质处理，浇注后冷却成型。本发明方法可减少SiC偏聚使其分布均匀，提高复合材料的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金复合材料的制备方法，特别是涉及一种SiC增强铝合金复合材料的制备方法。
背景技术
SiC颗粒增强铝合金复合材料，是采用铝合金作基体，添加SiC颗粒作增强体，SiC以一定形式、比例和分布状态存在于铝合金基体中，构成有明显界面的多组相复合材料，兼具单一金属不具备的综合优越性能。目前的制备方法中主要采用将铝合金熔炼后通过外加SiC颗粒的方式将SiC颗粒添加到铝合金中，并通过加强搅拌的方法保持其分布的均匀性。如公开号为CN102382999A的中国专利公开的，将SiC和Si混合均匀烧结成坯料后投入熔融铝液，但在实际的铸造成形过程中，SiC添加过程中容易出现偏聚而造成铸锭中SiC颗粒增强相分布不均匀、形状不圆整等现象，造成合金的强度并不能得到有效的提高。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的一个任务使提供一种SiC增强铝合金复合材料的制备方法，解决SiC偏聚及分布不均的问题，提高复合材料的强度。
本发明技术方案如下：一种SiC增强铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉均匀混合后，添加硅酸盐粘胶剂使其变为粘稠状并压制成反应剂块；
步骤2、将所述反应剂块与铝合金基材投入熔炼炉熔炼，所述反应剂块的投入量为以所述反应剂块中活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉的总质量计算为所述铝合金基材的10～25％；
步骤3、所述熔炼后进行精炼处理，浇注时进行在线变质处理，浇注后冷却成型。
进一步地，所述活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉的质量比组成为25～35％、25～35％以及30～50％。
进一步地，所述熔炼温度为730～780℃，所述在线变质处理温度为730～750℃，变质剂为Al-Ti-B-RE变质剂。
进一步地，所述浇注后在铸件表层凝固后对铸型模具进行喷水加速冷却。加快冷却速度可以控制晶粒度和第二相析出的颗粒尺寸，同时防止第二相的偏聚。
进一步地，所述步骤2中将所述反应剂块与铝合金基材投入熔炼炉时，所述反应剂块与所述铝合金基材依次间隔分层铺设，在熔炼时，待所述铝合金基材熔化量超过50％后对铝合金液进行机械搅拌。
本发明所提供的技术方案的优点在于：
将活性炭粉、二氧化硅粉、镁粉压制成块与铝合金基材共同进行熔炼，通过活性炭粉、二氧化硅粉、镁粉之间的放热反应来形成新的高熔点化合物，这些反应产物可以作为初晶硅生成时的结晶核心，并在凝固时作为第二相起到析出强化的作用，实现提高铝合金强韧性的目标。SiC增强铝合金复合材料中SiC颗粒尺寸均小于100μm，而铝合金组织中初晶硅的颗粒尺寸也控制在100μm以下，本发明制得的铝合金复合材料的强度可达到500MPa以上，适用于包括1XXX、3XXX、5XXX、6XXX等各多种牌号铝合金基材的复合材料制备，方法简单易操作，生产成本低。
附图说明
图1为实施例10的SiC增强铝合金复合材料组织示意图。
图2为对比例1的铝合金材料组织示意图。
图3为对比例2的铝合金材料组织示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本说明之后，本领域技术人员对本说明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。
本发明实施例的SiC增强铝合金复合材料的制备方法具体包括以下步骤：
步骤1、制备反应剂块，将活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉均匀混合后，添加硅酸盐粘胶剂使其变为粘稠状并压制成反应剂块。活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉的质量比组成为25～35％、25～35％以及30～50％。
步骤2、熔炼，其包括步骤201、熔炼前的布料，采用分层加料的方式，即加入少量铝合金基材铺在熔炼炉底，加入反应剂块，然后再加入一定数量的铝料，重复该布料过程使反应剂块与铝合金基材形成间隔的若干层，采用该布料方式可以提升均匀性，也可以直接将铝合金基材和反应剂块直接共同投入熔炼炉。应当指出的是，布料时，根据所要制备的铝合金复合材料中铝合金基体的不同，同日添加其他成分料，例如制备的为铝硅合金时，铝合金基材除了铝锭外还包括硅块。上述反应剂块中活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉的总质量计算为铝合金基材的10～25％；步骤202、布料完成后，启动热源(电、或天然气、或油)，对原料进行加热；同时启动除尘系统，收集并处理加热时反应时产生的烟气；待铝合金基材熔化量达到50％时，启动铝液搅拌系统，一方面是提高熔化速度，同时使熔化过程化学成分与第二相分布更为均匀；观察反应过程，待铝液液面稳定，不再出现明显波动时，调整铝液温度控制在730～780℃范围内。
步骤3、精炼和在线变质处理，包括步骤301、在铝液温度为730～750℃时，采用喷粉法加入精炼剂进行净化处理；精炼剂为由氯盐和冰晶石为主要成分的常规精炼剂，按铝液质量的0.1～0.3％添加，静置15～30min后，准备浇注；步骤302、变质剂选用Al-Ti-B-Re，变质剂加入量为铝液质量的0.1～0.2％。铝液温度控制在730～750℃范围内，一方面进行浇注，同时加入变质剂，防止变质衰退现象的发生；步骤303、浇注完成后，采用水冷处理，即注入水冷铸型，或者金属型铸造，待表层凝固到时采用喷水处理等，加快冷却速度，以控制晶粒度和第二相析出的颗粒尺寸，同时防止第二相的偏聚。
依照上述具体实施过程，按下表所示的材料及工艺参数进行复合材料制备得到以下各实施例及对比例，并对各实施例和对比例进行拉伸实验得到抗拉强度。
其中实施例10和对比例1制备得到的材料的组织形态如图1和图2所示，可以看出实施例10的组织形态中微小的黑点即为反应生成的SiC颗粒，其尺寸细小，基本都在5μm以下，而且分布较为均匀；初晶硅的颗粒明显细化，其颗粒大小大都在20μm以下，而且分布比较均匀；说明SiC颗粒的形成起到了异质形核的作用，使组织细化，这样SiC颗粒的弥散强化作用与组织细化作用造成铝合金强韧性的提高。而对比例1中初晶硅尺寸较大，而且存在一定的偏聚现象，这种情况使初晶硅对铝基体的割裂作用明显，从而铝合金难以获得较好的机械性能。
另外申请人在铝液中直接投入SiC颗粒进行机械搅拌制备获得复合材料为对比例2，其组织形态如图3所示，黑色为SiC颗粒，其大小不一，分布也不太均匀，因此铝合金的性能难以达到理想的效果，一般情况下其抗拉强度低于500MPa。
Claims (2)
1.一种SiC增强铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉均匀混合后，添加硅酸盐粘胶剂使其变为粘稠状并压制成反应剂块，所述活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉的质量比组成为25～35%、25～35%以及30～50%；
步骤2、将所述反应剂块与铝合金基材投入熔炼炉熔炼，所述熔炼的温度为730～780℃，所述反应剂块的投入量为以所述反应剂块中活性炭粉、二氧化硅粉和镁粉的总质量计算为所述铝合金基材的10～25%；
步骤3、所述熔炼后进行精炼处理，浇注时进行在线变质处理，浇注后冷却成型，所述在线变质处理的温度为730～750℃，变质剂为Al-Ti-B-RE变质剂，所述变质剂的添加量为铝合金液质量的0.1～0.2%，所述浇注后在铸件表层凝固后对铸型模具进行喷水加速冷却。
2.根据权利要求1所述的SiC增强铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中将所述反应剂块与铝合金基材投入熔炼炉时，所述反应剂块与所述铝合金基材依次间隔分层铺设，在熔炼时，待所述铝合金基材熔化量超过50%后对铝合金液进行机械搅拌。
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