[发明专利]一种变质剂诱导孕化铝合金半固态浆料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及半固态浆料的制备方法。

背景技术

半固态成形技术是一种生产效率高的近净成型技术，被誉为是21世纪新一代金属成形工艺。与传统的液态铸造相比，半固态铸造铸件的机加工量少，加工温度低，凝固收缩率小，组织和性能也得到了明显的提高。研究表明，在铝合金中添加少量的变质剂（如Na、K、Ba、Sr、Re等元素）不仅能达到较好的细化和变质效果，还具有净化熔体和除气的作用，其中的Sr是一种较为理想的变质材料，其细化效果很明显且变质效果具有长效性，即诱导孕化效果很好。然而，在实际情况下制备Sr诱导孕化铝合金时会发生一些Sr的偏聚，导致孕化不均匀，最终会使得变质剂在铝熔体中的局部过浓，容易发生包晶反应，产生有害夹杂物。

半固态浆料的制备是半固态成形的关键，其制备方法主要有机械搅拌法、等温热处理法、电磁搅拌法、近液相线法、超声振动法等。其中的机械搅拌法存在如下缺点：金属熔液容易被搅拌器污染腐蚀，而且时间长了易卷入气体、夹杂物，存在搅拌死区，影响半固态坯料的质量。其中的等温热处理法存在如下缺点：加热温度、保温时间等工艺参数较难控制。其中的电磁搅拌法存在如下缺点：设备投入较大，装置电磁间隙大，漏磁严重，很大一部分能量不能用于金属熔体的搅拌，大大增加了生产成本。近液相线法存在如下缺点：制备周期较长、很难精确控制熔体的浇注温度。其中的超声振动法与其它方法相比缺点较少，其作用于熔体时会产生声空化和声流效应，声空化效应产生的高温高压冲击波在破碎晶粒、促进形核和破坏边界层等方面具有十分重要的作用，而声流效应在熔体中引起的声流能以较大的速度进行运动，声流的流线总体上属于环流特征，其在熔体中产生的搅拌力能有效促使溶质场的均匀化。最重要的一个优点是，超声振动法可在较短时间内获得理想的非枝晶半固态组织，真正实现高效率、低能耗。此外，有研究表明，超声振动法中的间歇超声除具有上述功能外，还能避免超声对熔体的附加热影响及有效防止已经分散的细小晶粒间的重熔、团聚。

发明内容

本发明的目的是提供一种变质剂诱导孕化铝合金半固态浆料的制备方法。

本发明所述的制备方法包括以下步骤。

（1）将Al-Si-Cu合金锭放入石墨坩埚中过热至740~750℃使铝块完全熔化，精炼、除渣；

（2）在步骤（1）的熔体中加入小块的Al-Sr中间合金，Al-Sr中间合金中Sr的质量分数为9wt.%~11wt.%，Sr占熔体的质量分数为0.01wt.%~0.09wt.%。

（3）将炉升温至760~770℃，保温15~20min，然后将预热过的超声变幅杆探头置于熔体中，对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为1~2s，每次超声释放时间为2.0~2.5s，超声功率为1.0~2.0kw，超声频率为20kHz，总超声时间为3~5min，超声完后再随炉降温至585~610℃时静置保温8~10min。

（4）接着再次对熔体施加间歇超声，每次超声间隔时间为1~2s，每次超声释放时间为2.0~2.5s，超声功率为1.0~2.0kw，超声频率为20kHz，总超声时间为60~100s，超声完后立即水淬获取半固态组织。

本发明用当适量的Sr加入到Al-Si合金熔体中时，共晶温度的下降将导致熔体中过冷度的提高，熔体在凝固时，较大的过冷度将促进晶粒中初生相α-A1的形核和球化生长过程，最终导致合金中α-A1的晶核数量增多、尺寸变得细小圆整，而α-A1相的细小圆整及形核过程对铝合金良好半固态的制备起到了至关重要的作用。此外，Sr与熔体中的Al、Si元素结合生成的Al-Sr-Si金属间化合物能有效阻碍原子向固相粒子的聚集和结合，抑制了固相粒子的长大，从而使得半固态非枝晶组织更加的细小。因此，Sr诱导孕化Al-Si合金半固态浆料的制备是一个很好的选择。

本发明在制备Al-Si合金的半固态浆料过程中添加Sr诱导孕化能够制备出较好的半固态组织，而在制备Sr诱导孕化铝合金的过程中施加适宜参数的高能间歇超声能够使变质剂弥散地分布在熔体中，消除Sr成分的偏聚，从而避免有害夹杂物的产生，使得熔体内各个部分都孕化均匀，最终使得组织中的α-A1晶粒得到了进一步的改善。随后当熔体温度降至半固态区间时，对熔体再次施加适宜参数的高能间歇超声能够进一步改善凝固环境，在较短时间内促使晶粒的增殖和细化，最终能够制备出更为理想的半固态组织。因此，将二次间歇超声与变质剂诱导孕化相结合来制备铝合金的半固态浆料这一新方法的研究具有重要的意义和广阔的拓展前景。