[发明专利]高铁钒硅耐热铝合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属合金及其制备技术领域，涉及一种高铁钒硅耐热铝合金材料及其制备方法。

背景技术

快速凝固耐热高铁铝合金，其弥散相如Al₁₂(Fe，V)₃Si尺寸细小处于纳米量级且体积分数高达20％～40％，α-Al晶粒处于亚微米量级，这种高度细化的组织也具有极高的热稳定性。因而，快速凝固高铁合金具有优异的高温性能，是替代钛合金、钢，可在285℃～350℃稳定工作的先进铝合金，可用于制造如飞机叶片、直升机螺旋桨、发动机叶轮等热端部件及结构件。目前已投入使用的高铁钒硅系耐热铝合金均是通过快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技术生产的，其凝固速度达到10³～10⁵1/s，制备的铁基化合物相细小、弥散并体积分数高，对合金的成型加工以及耐热性能极为有益。但是该技术存在制备工艺复杂、制造周期长成本高；并且在产品成型中，材料中的氧含量不易控制、高温烧结还会损失细小的快速凝固组织、大尺寸坯件制备困难等缺点，限制了这种先进合金的应用范围。

喷射成形技术是20世纪90年代国际上规模化发展起来的一种先进的快速凝固制坯技术，凝固速度达到10³1/s量级，可从液态金属直接制取具有快速凝固组织特征的大尺寸坯件，并可有效缩短材料制备工艺流程，避免了快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技术的不足，近年来发展十分迅速。

目前，国内外已有采用喷射成形方法试制Al-Fe-V-Si耐热铝合金的报导，对喷射成形工艺参数进行研究，对沉积坯件的热压工艺进行探索，对材料的组织进行分析，并对不同成分材料的性能进行比较，但这些研究都局限于原有快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技术的材料体系，如8009、8019、8022、CU78、CZ42、FVS0812、FVS1212等的仿制性研究，制备的高铁化合物体积分数不足20～35％，致密度不足95％。显然，这些研究没有突破快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技术的材料体系，没有建立基于喷射沉积制坯技术特点的材料体系以及制备工艺特点。

中国专利CN1718804公布了一种原位生成TiC增强Al-Fe-V-Si系耐热铝合金材料及其制备方法，是基于8009铝合金基础上增加形成TiC增强的一种喷射沉积耐热铝合金；中国专利CN1614060公布了耐热铝合金的制备方法，是基于8009铝合金基础上在喷射沉积雾化气体中加入小于43μm的同种合金成分的粉末的一种耐热铝合金。显然，这两项专利技术基于8009铝合金体系，存在在制造中增加形成TiC增强相、加入43μm的同种合金成分粉末的技术难度及复杂性。中国专利CN1718808公布了高强耐热铝合金是基于重量百分比(wt％)为：Si6.5～17.5、Cu2.5～5.0、Ni1.0～3.0、Mn0.4～1.0、Mg0.4～1.2、Ti0.1～1.0、B0.02～0.2、Zr0.1～1.0、Cd0.1～0.6、P0.005～0.05、其余为铝，Si/Mg为10～20，Cu/Mg为4～13的铸造合金。显然，这项专利技术采用铸造成形技术，有别于粉末冶金法和喷射沉积法，并不属于同一合金体系，还存在制品的力学性能不高、微观组织粗大、耐热相体积分数与致密度不高的技术问题。

欧洲专利(网)US4867806(A)公布了一种耐热高强度铝合金及制造制品的方法是基于Fe、Cu、Si、Co和Al构成的耐热铝合金，如8.0～30.0％Si，2.0～33.0％Fe；0.8～7.5％Cu；0.3～3.5％Mg；0.5～5.0％Mn和0.5～3.0％Co；欧洲专利(网)JP8134575(A)公布了一种耐热高强度铝合金及制造制品的方法是基于Fe、Ti、Si和Al构成的耐热铝合金，如4～6.8％Fe，0.5～1.2％Ti，1.5～2.5％Si，0.1～2.5％Mg和Al，最好5.6≤Fe/Ti≤8.0。两专利技术都是采用粉末热压、挤压与锻造成形，并不属于同一合金体系。显然，该两专利技术都存在粉末冶金制造技术的不足。

发明内容

本发明的技术方案是为了克服现有技术中存在的问题或不足，而提出了一种高铁钒硅耐热铝合金材料及其制备方法，简化制造工艺，采用新的合金成分体系设计，直接进行喷射沉积制备与挤压成形技术制造。

本发明的技术方案：

一种高铁钒硅耐热铝合金材料，该材料的各组分按重量百分比为：

Fe：13.00％～15.00％；V：1.35％～2.45％；Si：2.35％～3.45％；Mn：0.35％～0.65％；Ce：0.1-0.2％；Zr：0.05％～0.15％；Al：余量。