[发明专利]一种混合稀土改善原位铝基复合材料组织和性能的方法

说明书

本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及一种混合稀土改善原位铝基复合材料组织和性能的方法。通过原位熔体反应法结合外场调控技术，实现增强体颗粒的原位形核、长大与弥散分布。集成混合稀土长效变质与组织优化，可获得均匀分布于晶界和晶内的纳米增强相与纳米析出相，同时实现纳米颗粒的进一步细化与分散。纳米颗粒的Orowan强化、细晶强化、纳米析出相和纳米增强体的弥散强化以及混合稀土对于共晶Si相的变质效果和对于纳米增强体颗粒细化和分散作用，能最大限度的提升材料的强塑性，获得综合性能优异的铝基复合材料。

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及一种混合稀土改善原位铝基复合材料组织和性能的方法。

背景技术

铝及其合金质量轻、强度高、耐腐蚀性能优异、导电性能和成型性能好,成为广泛应用的金属材料之一，是仅次于钢铁材料的第二大金属结构材料。

AlSi₉Cu₃合金的密度低，具有优良的铸造性能以及切削性能，力学性能高，能铸造复杂形状的高强度铸件，其在汽车、航空航天等行业得到广泛的应用。但基体晶粒过于粗大，共晶硅相呈粗大片状或块状结构，且比较脆，在相的尖端和棱角处引起应力集中，早期的裂纹容易在此处产生，力学性能特别是塑性显著降低。已很难满足某些领域对于其性能的要求。

为进一步改善铝合金性能，通过外加或者内生反应法在铝合金基体获得高硬颗粒，即铝基复合材料，是提高铝合金耐磨性和高温力学性能的有效手段。该类型材料往往具有比强度高、比刚度高、热膨胀系数小、高温性能好、抗疲劳性能好等优点，近年来已在航空、航天、汽车工业、先进武器制造等领域受到广泛应用。

然而陶瓷增强体与铝合金基体之间润湿性差，团聚现象严重，尤其是纳米级别的增强体颗粒，由于其特殊的尺寸效应，使得纳米颗粒的比表面能极大，极易团聚于基体之中；同时，陶瓷颗粒对于亚共晶Al-Si合金中粗大共晶Si相的变质效果并不明显，针片状共晶Si严重割裂了基体，易于产生应力集中，使材料的强塑性下降。目前针对亚共晶Al-Si合金的变质主要有Na变质、Sr变质、Sb变质等。而工业中最常用的变质剂是Sr中间合金和Na盐。Na盐由于容易衰退和不易控制逐渐被Sr取代，但是研究结果表明，Sr变质工艺技术存在容易烧损、遗传性差、容易吸气等缺点，也容易产生过变质现象，降低合金的性能。而稀土作为一种很有潜力的铸造铝合金变质剂，不仅变质时间长、变质效果明显、无污染，且变质工艺简单，易于操作。但单一稀土获取难度大，工艺繁琐，成本高，且对于原材料综合性能的提升往往不如混合稀土。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合稀土改善ZrB₂/AlSi₉Cu₃铝基复合材料组织和性能的方法，实现AlSi₉Cu₃合金的晶粒细化与共晶Si相的变质，同时实现纳米增强体颗粒的弥散分布与细化，制备同时具有良好抗拉强度和延伸率的原位纳米颗粒增强铝基复合材料。

本发明可有效解决发动机减震器用AlSi₉Cu₃合金强度低、延展性差的缺点。这两大缺点严重制约了汽车轻量化用铝合金部件替代传统钢材。通过原位熔体反应法结合外场调控技术，实现增强体颗粒的原位形核、长大与弥散分布。集成混合稀土长效变质与组织优化，可获得均匀分布于晶界和晶内的纳米增强相与纳米析出相，同时实现纳米颗粒的进一步细化与分散。纳米颗粒的Orowan强化、细晶强化、纳米析出相和纳米增强体的弥散强化以及混合稀土对于共晶Si相的变质效果和对于纳米增强体颗粒细化和分散作用，能最大限度的提升材料的强塑性，获得综合性能优异的铝基复合材料。

为达到此目的，本发明采用以下技术步骤实现：

一种混合稀土改善原位铝基复合材料组织和性能的方法，包括以下步骤：