[发明专利]一种石墨烯增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯增强Al‑Si‑Mg铸造铝合金及其制备方法，所述铝合金按质量百分比计的化学组分为：Si 6.0～8.0％，Mg 0.20～0.45％，石墨烯0.003～0.007％，Zn≤0.2％，Mn≤0.1％，Ti≤0.1％，Zr≤0.15％，Be≤0.1％，Sn≤0.05％，Pb≤0.1％；未指定的其它杂质元素：每种≤0.03％，杂质元素合计≤0.10％，余量为Al。本发明提供的石墨烯增强Al‑Si‑Mg铸造铝合金中石墨烯的含量远远低于现有石墨烯增强铝合金的石墨烯含量，不仅降低了成本，而且所得石墨烯增强Al‑Si‑Mg铸造铝合金综合力学性能有显著改善，拓宽了该合金在工业领域的应用。

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种石墨烯增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

Al-Si-Mg系铸造铝合金具有良好的铸造流动性、小的收缩率和热裂敏感性、

高的强重比、好的气密性与耐磨性，适合于制造外形繁杂的构件，如泵体、发动机滑块构件，汽车变速器，燃料箱、轮毂、各类外壳，航空机接头及其它机械工程结构件。但传统的Al-Si-Mg系铸造铝合金中含有粗大的树枝状α-(Al)初晶相及粗大板条状共晶(Si)，而且在工业铸造铝合金中还含有大量板条状杂质相，这些粗大的组织和板条状杂质相都会导致合金性能下降。而随着我国汽车工业的快速发展，对Al-Si-Mg系铸造铝合金的性能提出了更高的要求。具有更高强重比和更好塑性的铝合金成为开发的重点。以往的研究表明添加合金元素，往往在提高强度的同时，塑性往往会降低，很难同时兼得铝合金的强度和塑性。

石墨烯是迄今为止发现的最坚韧的材料，其抗拉强度可到1060GPa，导电和导热性能也非常好。因此，利用石墨烯的高强度特性，将其与铝合金制备成复合材料，有望提高铝合金的强度。目前石墨烯铝基复合材料的制备方法主要是粉末冶金法和搅拌熔炼法。北京航空材料研究院的YAN Shao-jiu等在《材料工程》[Journal of Materials Engineering,2014(4):1-6]上发表的研究表明，其采用球磨和粉末冶金方法成功制备出石墨烯增强铝基纳米复合材料，在保持材料良好塑性的同时，强度得到了显著的提高，其屈服强度和抗拉强度分别提高了58％和25％，但是材料制备过程比较繁琐，且石墨烯用量大，成本较高；而且粉末冶金法难以制造大型器件且无法规避孔洞。

搅拌熔炼法是将金属原料和石墨烯一起熔炼，充分搅拌熔液使得石墨烯均匀分散，最后浇铸成形，搅拌熔炼法工艺简单，能够实现石墨烯增强铝合金的规模化生产，并能生产大型铸件。但在制备石墨烯增强铝合金的相关报道中，石墨烯添加量都在0.1wt.％以上，成本较高。

本发明提供了一种石墨烯增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法，通过调整合金成分并优化生产工艺来提高Al-Si-Mg系铸造铝合金的综合性能，使其兼具良好的力学性能和塑性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种石墨烯增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种石墨烯增强Al-Si-Mg铸造铝合金，所述铝合金按质量百分比计的化学组分为：Si 6.0～8.0％，Mg 0.20～0.45％，石墨烯0.003～0.007％，Zn≤0.2％，Mn≤0.1％，Ti≤0.1％，Zr≤0.15％，Be≤0.1％，Sn≤0.05％，Pb≤0.1％；未指定的其它杂质元素：每种≤0.03％，杂质元素合计≤0.10％，余量为Al。

优选的是，所述铝合金按质量百分比计的化学组分为：Si 6.8～7.2％，Mg 0.38～0.45％，石墨烯0.004～0.006％，Zn 0.03％，Mn 0.02％，Ti 0.02％，Zr 0.03％，Be0.01％，Sn 0.03％，Pb 0.02％，未指定的其它杂质元素：每种≤0.03％，杂质元素合计≤0.10％，余量为Al。