CN1775979A - 新型高强耐磨耐蚀铝合金 - Google Patents

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谢明
霍光
杨有才
张健康
符世继
黎玉盛
陈力
尹长青
刘莉
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Abstract

本发明公开了新型高强耐磨耐蚀铝合金材料及其制备方法，属于金属材料领域。其合金成份(重量％)为Si1.0－50.0、Fe0.5－10.0、Cu0.1－5.0、Mg0.01－5.0、La0.01－3.0，Ce0.01－3.0，余量为Al。其制备方法为：先将Al、Si、Fe、Cu、Mg、La、Ce单质金属按合金化学成份设计要求配制好，在喷射成形设备上真空喷射沉积为AlSiFeCuMgLaCe合金圆形锭坯。将所得到的合金锭坯，进行挤压、锻造、车制等成形机械加工，零件具体形状有：活塞、连杆、缸套、气门、齿轮、叶轮等，可广泛应用于汽车、机械、冶金、电气等行业。明显提高了铝合金的综合性能。

Description

新型高强耐磨耐蚀铝合金
技术领域
本发明涉及金属材料领域特别是涉及一种高硅AlSi合金及其制备方法。
背景技术
目前，耐磨耐蚀铝合金均为熔铸法或粉末冶金法生产，用传统的熔铸技术和工艺生产的材料存在着晶粒组织粗大，成分偏析，性能不稳定等问题；而粉末冶金技术工艺中存在着颗粒边界上的难溶氧化膜，导致材料内部缺陷无法消除、材料性能差等，同时，粉末冶金加工工序复杂，材料成品率较低等。因此，喷射成形技术为新型铝合金的开发和生产提供了有效途径。
金属雾化喷射成形技术是20世纪90年代初，英国、美国、德国、瑞典等国家兴起的新型工业化生产技术，部分生产过程可以用于取代传统的粉末冶金技术，采用该项技术已经制备了不同形状的金属或合金材料，如圆棒、管、板材等，这些材料正在大规模应用于汽车、电工、电子等行业，金属雾化喷射成形技术在国外已经成为工业化生产技术，获得广泛应用。
我国金属雾化喷射成形技术的研究起步于20世纪90年代末期，主要在高温合金、高强铝合金、耐磨低膨胀铝合金等领域进行研究和小规模的试制生产。在汽车发动机、拖拉机和机械等行业，其活塞为铝合金，缸套为铸铁或铸钢材料，由于两种材料的热膨胀系数不同，影响了发动机主体的效率和能耗。采用高强耐磨耐蚀铝合金代替铸铁或铸钢材料用做发动机、空压机等的汽缸套，能够降低发动机重量，降低油耗和热损失，增加发动机动力和效率，减少活塞磨损，降低噪音和环境污染。同时，铝合金材料容易切削加工和再循环利用。因此，研制高硅AlSi合金，以代替铸铁作为发动机缸套材料等，已成为国内外材料科学领域的应用开发方向。
昆明贵金属研究所采用快速凝固(冷却速率：105～107K/s)喷射成形技术，制备成份均匀、无偏析、晶粒细小、合金元素过饱和度高的近成形管材、板材或圆柱坯等，在高强耐磨耐蚀铝合金领域的创新应用，解决了传统熔铸技术工艺制备易偏析高硅合金的技术难题，同时为高致密、无偏析特种铝合金的生产，打下了良好基础。与传统熔铸法和粉末冶金法相比，喷射成形技术制备的材料和产品的性能特点比较如表1所示。
表1.熔铸法、粉末冶金法和喷射成形技术制备材料的性能特点比较
合金性能特点                    制备方法
  熔铸   粉末冶金   喷射成形
  化学成分   偏析   均匀   均匀
  显微组织   粗大   微细   微细
  机械性能   中等   良好   优异
  制备工艺   简单   复杂   简单
  制备成本   低   高   接近熔铸法
发明内容
本发明能够解决铝合金晶粒组织粗大，成分偏析，性能不稳定的技术问题，并能消除合金颗粒边界上的难溶氧化膜和材料内部缺陷，提高材料性能，简化粉末冶金加工的复杂工序，提高材料成品率。
本发明在铝硅合金的基础上，通过添加铁、铜、镁、镧、铈微量稀土金属元素，在合金中形成大量的α相、β相、θ相、S相、T相等强化相，起到提高材料综合性能的作用。再结合喷射沉积近成形技术，有效地提高了合金元素在铝基体中的固溶度，细化了晶粒组织，从而明显地提高了合金的强度、耐磨性、耐蚀性及耐热性等。
本发明的铝合金的化学成份(重量％)为：Si1.0-50.0、Fe0.5-10.0、Cu0.1-5.0、Mg0.01-5.0、La0.01-3.0，Ce0.01-3.0，余量为Al。
本发明的铝合金材料的制备方法，其具体过程为：
(1)选择纯度为99.9％以上的Al、Si、Fe、Cu、Mg、La、Ce金属为原材料，按照合金化学成分设计要求比例配制好，在真空喷射成形设备中熔炼合金化，并进行快速凝固沉积，制备AlSiFeCuMgLaCe合金锭坯。
(2)将(1)步所得到的合金锭坯，进行挤压、锻造、车制等成形机械加工，零件具体形状有：活塞、连杆、缸套、气门、齿轮、叶轮等，可进一步应用于汽车、机械、冶金、电气等行业。
本发明喷射成形铝合金与传统熔铸法制备的同种合金实施列综合技术经济指标比较如表2所示，说明喷射成形技术在制备新型铝合金中取得了良好的效果，合金的组织和性能均得到了明显改善。
表2.不同工艺制备的铝合金技术性能比较
  序号 材料名称 制备工艺               物理、力学性能
密度(g/cm3) 硬度(HB)   抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
1   Al10.0Si0.8Fe0.6Cu0.05Mg0.1La0.1Ce   熔铸法   2.65   52   142   4
  喷射成形法   2.58   65   155   3.5
2   Al15.0Si1.0Fe2.0Cu1.0Mg0.5La0.5Ce   熔铸法   2.69   95   197   0.6
  喷射成形法   2.62   112   221   0.8
3   Al30.0Si5.0Fe1.0Cu1.0Mg1.0La1.0Ce   熔铸法   2.72   145   250   0.5
  喷射成形法   2.60   165   316   0.3
本发明中由于喷射成形快速凝固的作用，在铝合金中大幅度增加了合金元素的含量，在改善合金组织结构的同时，明显提高了铝合金的力学性能、耐磨性、耐蚀性及耐热性等。本发明的AlSiFeCuMgLaCe多元铝合金及其制备方法，主要具有高强、耐磨、耐蚀及耐热等特点，新型铝合金可以代替传统材料(AlSi、AlMgSi等)广泛用于制备高性能汽车发动机活塞、连杆、缸套、气门等，以及机械、冶金行业用齿轮、叶轮等重要结构零部件。
具体实施方式
(1)选择纯度为99.9％以上的Al、Si、Fe、Cu、Mg、La、Ce单质金属为原材料，分别按照合金化学成分设计要求比例Al10.0Si0.8Fe0.6Cu0.05Mg0.1La0.1Ce、Al15.0Si1.0Fe2.0Cu1.0Mg0.5La0.5Ce、Al30.0Si5.0Fe1.0Cu1.0Mg1.0La1.0Ce配制好，在真空喷射成形设备中熔炼合金化，并进行快速凝固沉积，制备AlSiFeCuMgLaCe合金锭坯。
(2)将(1)步所得到的合金锭坯，进行挤压、锻造、车制等成形机械加工，零件具体形状有：活塞、连杆、缸套、气门、齿轮、叶轮等，可进一步应用于汽车、机械、冶金、电气等行业。

Claims (3)

1、一种新型铝合金，其特征是含有重量百分比为1.0～50.0的Si、0.5～10.0的Fe、0.1～5.0的Cu、0.01～5.0Mg、0.01～3.0的La、0.01～3.0的Ce，余量为Al。
2、一种如权利要求1所述的新型铝合金的制备方法，其具体过程为：
(1)选择纯度为99.9％以上的Al、Si、Fe、Cu、Mg、La、Ce金属为原材料，按照合金化学成分设计要求比例配制好，在真空喷射成形设备中熔炼合金化，并进行快速凝固沉积，制备AlSiFeCuMgLaCe合金锭坯。
(2)将(1)步所得到的合金锭坯，进行挤压、锻造、车制等成形机械加工成各种形状的零件，零件具体形状有：活塞、连杆、缸套、气门、齿轮、叶轮。
3、一种如权利要求1所述的新型铝合金应用于汽车、机械、冶金、电气行业。
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