[发明专利]一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Si-In合金

说明书

本发明公开了一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al‑Si‑In合金。按照重量百分比,该合金的成分为:Li:0.2‑0.4wt.%,Si:18.0‑20.0wt.%,In:4.0‑5.0wt.%,Bi:1.0‑1.2wt.%,Pb:2.0‑2.5wt.%,Y:0.4‑0.6wt.%,Mn:0.3‑0.5wt.%,Sn:2.0‑3.0wt.%，余量为铝。该材料为我国铸造用铝合金提供了一种无凝固收缩且具有液相调幅分解特性的新型产品。该材料的实施和产业化不仅有效地解决了工业领域替代产品的轻量化解决方案，也可以有效地推动我国新材料的更新和行业升级需求。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铝合金。

背景技术

纯铝的密度小，大约是铁的 1/3。铝是fcc结构，具有很高的塑性，易于加工成各种型材和板材。但是，纯铝的强度很低，不宜作结构材料。将各种合金元素添加到铝中并控制其含量,结合后来的冶炼和热处理工艺便可以制备出各种铝合金。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，使用量仅次于钢。

铝合金的应用领域是非常广的，可以广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。飞机依用途的不同，铝的用量也不一样。着重于经济效益的民用机因铝合金价格便宜而大量采用，如波音767客机采用的铝合金约占机体结构重量 81%。军用飞机因要求有良好的作战性能而相对地减少铝的用量，如最大飞行速度为马赫数2.5的F-15高性能战斗机仅使用35.5%铝合金。

铝合金在飞机上可以用来制备多种不同的结构件和非结构件。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。发射阿波罗号飞船的土星 5号运载火箭各级的燃料箱、氧化剂箱、箱间段、级间段、尾段和仪器舱都用铝合金制造。航天飞机的乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用铝合金制做的。

金属或者合金在凝固时通常体积都会发生收缩，密度变大。这是造成铸件产生缩孔、缩松、表面缩陷和热裂等铸造缺陷的根源。可以说，合金收缩性能是铸造合金本身的物理性质，它是获得致密优质铸件的重要指标之一。因为铸造合金在铸造后就会直接使用，而不会像变形合金那样靠冷加工和热加工便能提高合金的致密度。由于凝固时的体积收缩会对最终的铸造铝合金性能产生很大影响。铝合金的凝固收缩问题一直是铸造工业中较关注的问题，也是一直致力解决的问题。

对铝合金凝固时的体积收缩进行最优化的控制是铸造用铝合金的一个重要方向。目前而言，国内和国际已经有研究所和企业进行了无凝固收缩铝合金的开发和产业化，并且取得了较为理想的效果。开发了在凝固前后体积保持不变的无凝固收缩的铸造用铝合金。尽管这些合金在凝固前后具有体积不变的特性，该类合金的缺点也是非常明显的。（1）首先，这些具备无凝固收缩特性的铝合金并不具备真正的无凝固收缩。这些合金并不是真正的共晶点成分的铸造合金或者成分接近共晶点成分，因而在凝固后枝晶明显，枝晶间的铸造空洞比较发达。

可见，其体积铸造不变是通过内部的空洞生成来进行补偿的。简单的说，该合金在凝固后还会进行收缩，只是由于孔洞的生成弥补了这些收缩而使得铸造件整体上体积在凝固前后保持不变。孔洞和疏松的生成不仅影响了该合金的力学性能。也使得合金在机械加工的时候不具备理想的外观。（2）其次，这些无凝固收缩的铝合金只是做到了凝固前后体积的不变，所得产品并没有理想的力学性能，例如强度和硬度。因而，在对铝合金性能要求日益苛刻的今天，这些已经开发的无凝固收缩的铸造用铝合金并没有得到广泛的市场应用和推广。

随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展要求的日益提高，铝合金在需要轻量化结构材料的交通、电子、医疗产品等领域展会展现出更为广阔的前景。进行合金新材料的创新离不开合金的结构和成分设计，而材料的热力学和动力学是解决该类问题的主要方法。通过优化合金元素的筛选和成分确定，不仅可以达到所需要的各种性能指标，还会降低合金冶炼和加工的生产成本和对设备的要求。该类产品不仅使用寿命有了进一步的提高，还便于工业化大规模生产。