CN1345983A - 一种喷射沉积高硅铝合金的方法 - Google Patents

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本发明提供了一种改善喷射沉积过共晶铝硅合金组织和性能的新方法,适用于材料制备技术领域,涉及喷射沉积过共晶铝硅合金的制备工艺。特征在于:采用喷射沉积技术制备过共晶Al－(16～45%)Si合金时,加入Fe、Mn元素,Mn/Fe的重量百分数为0.5～1,合金组织中形成了颗粒状的金属间化合物Al15(FeMn)3Si2,消除了单纯加Fe时形成的针状的Al－Si－Fe化合物;优点在于避免了针状相对合金性能的不利影响,同时提高了合金的热稳定性。

Description

一种喷射沉积高硅铝合金的方法
本发明提供了一种喷射沉积高铝硅合金的方法，实现了组织和性能的改善，适用于材料制备技术领域。
Al-Si系中的高Si铝合金因其具有低的热膨胀系数、高的弹性模量和良好的耐磨性在汽车工业、电子工业和航空航天业中得到了广泛的应用。然而，采用传统的铸造工艺生产过共晶Al-Si合金时，粗大的Si相严重割裂了基体的连续性，使合金的强度、韧性显著下降。提高冷却速度可以有效地改变过共晶Al-Si合金中初晶Si相的形态和分布，显著改善了合金的性能。喷射成形快速凝固高硅铝合金具有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、致密度高、经济性好、氧化程度低等诸多优点，是一种具有良好应用前景的材料。
为了改善铝硅合金的组织与性能，常常加入合金元素Cu、Mg、Fe、Ni、Mn、等，其中Cu、Mg的主要作用是提高常温强度，而Fe、Ni、Mn等主要改善合金的热稳定性，使合金可用作高温下使用的材料。J Zhou等人在《Journal ofmaterials science》(1991；26：5275)上发表了题目为“As-spray-deposited structure ofan Al-20Si-5Fe Osprey preform and its development during subsequent processing”的文章，他们的研究表明，喷射沉积Al-20Si-5Fe合金组织中形成了大量的针状Al-Si-Fe金属间化合物。袁晓光等人在《金属学报》(1997；vol.33 No.3：248)发表了“喷射沉积Al-Si-Fe-Cu-Mg合金的微观组织和力学性能”的文章，他们的研究结果证实了合金组织中同样形成了针状的Al-Si-Fe金属间化合物，它们的存在显著地提高了合金的高温强度(300℃)和热稳定性。但是，针状金属间化合物的数量、尺寸和形状对合金的断裂韧性、疲劳强度和后续加工性能十分不利，所以，改变针状金属间化合物的形态是必要的。
在喷射沉积过共晶Al-Si-Fe-Cu-Mg合金中加入Mn元素，利用Mn与Fe的化学中和作用，可以形成颗粒状的Al13(FeMn)3Si2四元化合物，当合金中Mn/Fe(重量百分比)＝0.5～1时，针状的Al-Si-Fe金属间化合物被颗粒状的Al15(FeMn)3Si2所代替，从而避免了针状金属间化合物对合金的力学性能和后续加工性能的影响，而且提高了合金的高温强度和组织稳定性。
本发明的目的在于：提供一种喷射沉积高铝硅合金的方法，实现组织和性能的改善，将Fe、Mn元素加入过共晶铝硅合金中，在喷射沉积快速凝固条件下提高合金高温强度和热稳定性的同时，避免了针状金属间化合物的出现。
本发明的构成：采用喷射沉积技术制备过共晶Al-(16～45％)Si合金时，加入Fe、Mn元素可提高合金的使用性能，当Mn/Fe(重量百分数)为0.5～1时，合金组织中形成了颗粒状的金属间化合物Al15(FeMn)3Si2，消除了单纯加Fe时形成的针状的Al-Si-Fe化合物。喷射沉积的工艺参数如下：
    雾化气体     氮气
    雾化压力     (0.5～0.9)MPa
    熔体过热度     (150～300)℃
    沉积距离     (350～450)mm
本发明的优点在于：在保证喷射沉积过共晶铝硅合金具有低的热膨胀系数、高的弹性模量和良好的耐磨性的同时，加入合金元素Fe、Mn可以改善合金的热稳定性，消除了单纯加Fe时形成的对材料性能不利的针状Al-Si-Fe金属间化合物。
下面结合附图对本发明进一步说明：图1是本发明喷射沉积过共晶Al-Si合金的微观组织，扫描电子图像。其中(a)Al-20Si-5Fe-3Cu-lMg，(b)Al-20Si-5Fe-3Mn-3Cu-1Mg。
实施例1
利用喷射沉积快速凝固技术制备Al-20Si-5Fe-3Cu-1Mg合金时，组织中形成了大量针状的金属间化合物。在合金中加入1％Mn时，部分针状金属间化合物转变为颗粒状；当Mn含量达到3％(Mn/Fe＝0.6)时，针状的Al-Si-Fe金属间化合物转变为颗粒状的Al-Si-Fe-Mn四元化合物，从而消除了针状相对材料断裂韧性、疲劳性能和后续加工性能的不利影响。图1为喷射沉积Al-20Si-5Fe-3Cu-1Mg和Al-20Si-5Fe-3Mn-3Cu-1Mg合金的扫描电子图像。
实施例2
Al-22Si-5Fe-3Cu-1Mg合金中加入3％Mn，在喷射沉积快速凝固条件下，制备的合金沉积坯经400℃热挤压(挤压比为10∶1)和T6热处理后，在300℃下的断裂强度达324MPa，与相同工艺条件下制备的Al-22Si-5Fe-3Cu-1Mg合金相比，断裂强度提高了50MPa。

Claims (1)

1、一种喷射沉积高硅铝合金的方法，其特征在于：采用喷射沉积技术制备过共晶Al-(16～45％)Si合金时，加入Fe、Mn元素，Mn/Fe的重量百分数为0.5～1，合金组织中形成了颗粒状的金属间化合物Al15(FeMn)3Si2，消除了单纯加Fe时形成的针状的Al-Si-Fe化合物；喷射沉积的工艺参数为：雾化气体：氮气，雾化压力：0.5～0.9Mpa，熔体过热度：150～300℃，沉积距离：350～450mm。
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