[发明专利]一种Al3CuNi增强Al-Mg2Si基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种Al₃CuNi增强Al-Mg₂Si基复合材料及其制备方法。

背景技术：

铝合金作为结构材料，在汽车、通讯、航空航天、运动娱乐业等工程方面得到了广泛的应用。但纯铝本身强度低、硬度低、熔点低等特点，合金强化是目前改善铝合金性能的最主要方法之一。Mg₂Si具有低密度、高熔点、高硬度、高弹性模量等优异性能，通过调整并控制铝合金中Mg、Si元素含量，使得原位反应生成的Mg₂Si相在凝固过程中以初生相形式析出，从而有效起到颗粒增强的作用，显著提高铝合金的室温力学性能。同时该复合材料具有良好的切削加工性和成形能力，可作为发动机及汽车零部件的重要材料，在交通等领域具有广泛的应用前景，有助于推动汽车行业轻量化发展。随着内燃机朝着大功率、低油耗、低排放、高转速、高增压的方向发展，大大增加了发动机和活塞的工作负荷，对其性能提出了更高的要求。据文献(Materials Science and Engineering A,2010,527:2998-3004)报道，在Al-Mg₂Si复合材料中加入Cu元素可形成Q相(AlCuMgSi)和θ相(Al₂Cu)，引入Ni元素(Materials Science and Engineering A, 2010,528:573-577)可形成NiAl₃相，均可在一定程度上提高Al-Mg₂Si复合材料的室温力学性能，但对高温力学性能的贡献有限。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种Al₃CuNi增强Al-Mg₂Si基复合材料及其制备方法，通过引入高温热稳定强化相(Al₃CuNi相)，在保持Al-Mg₂Si复合材料较好室温性能的同时，提高其高温力学性能。该制备方法生产成本低、工艺简便、适合工业化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种Al₃CuNi增强Al-Mg₂Si基复合材料，所述复合材料由基体和增强相组成，基体为Al，增强相为Mg₂Si 和Al₃CuNi，具体元素组成为：

所述Al₃CuNi增强Al-Mg₂Si基复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)首先按以下质量百分比准备所需原料：22.5-71.13％的纯铝、9.5％的纯镁、5.5％的纯硅、7.2％-32.5％铝-铜中间合金、6.67％-30％铝-镍中间合金，按照Cu:Ni原子百分比为1:1进行配料；

(2)在熔炼炉中将纯铝熔化至750℃-800℃，先加入纯硅，待完全熔化后搅拌5-10分钟，温度降至600 ℃-700℃再将纯镁压入熔体内部保温一段时间；

(3)再将温度升高到750℃-850℃，加入铝-铜中间合金和铝-镍中间合金，保温并搅拌5-20分钟后浇注成锭。

所述Al₃CuNi增强Al-Mg₂Si基复合材料的制备方法步骤(3)中铝-铜中间合金中铜的质量百分比为 10％-15％、铝-镍中间合金中镍的质量百分比为10％-15％。

本发明的复合材料中Mg与Si反应生成Mg₂Si相，铝-铜中间合金和铝-镍中间合金中的铜和镍溶解后与铝共同反应生成Al₃CuNi相，制备过程中无需特殊设备，制备工艺较简单。在保持复合材料中Mg₂Si增强作用的同时，引入Al₃CuNi进一步提高材料的高温力学性能，适合大规模生产和应用。

具体实施方式：

下面结合具体实施例，进一步阐述发明。应说明的是：以下实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案。一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

实施例1

(1)按以下质量百分比准备好原料：纯铝53.8％、纯镁9.5％、纯硅5.5％、16.2％的铝铜中间合金、15％的铝镍中间合金，其中铝-铜中间合金的含铜量为10％和铝-镍中间合金的含镍量为10％；