[发明专利]过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法

说明书

本发明属于半固态金属制备技术领域，特别涉及过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法。该方法是：a、将铝硅合金预热，熔化，搅拌，静置，调整铝硅合金熔体温度；b、将稀土元素加入至铝硅合金熔体中，搅拌，第一次静置，调温，精炼，搅拌并扒渣，调整铝硅合金熔体温度；c、将铝合金铸造涂料涂抹于机械滚筒内壁上，烘干，预热；d、将铝硅合金熔体注射入机械滚筒中，搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；e、将所述过共晶铝硅合金半固态浆料浇注进入金属铸锭模，凝固得过共晶铝硅合金半固态坯料。本发明在共晶硅析出时通过稀土变质和流变处理增强了细化效果。

技术领域

本发明属于半固态金属制备技术领域，特别涉及过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法。

背景技术

铝硅合金是工业生产中最常用的合金之一，被广泛运用在交通、航空航天等工业行业。进入21世纪，随着原油价格的上涨、社会的进步、制造技术的飞速发展，在节能、减重的要求下，交通、航空等工业行业为达到高速、高效、节能的目的，所用材料进一步朝着轻量化方向发展。

过共晶铝硅合金具有比重小、强度高、耐磨性好、铸造成型好、尺寸稳定性高等诸多优点，在节能、轻量化的时代要求下正逐渐取代部分钢铁材料，被广泛应用在航空、航天、汽车、机械制造、船舶等工业中。工业上广泛应用的过共晶铝硅合金Si含量在13～18wt％之间，该系列合金的使用性能与Si元素的含量和形态紧密相关。Si元素在合金中往往以粗大的初生硅加上不同形态的共晶硅形式存在。通常合金存在五瓣星形状、板片状、八面体和其他复杂形貌的初生硅粗大的初生硅，以及针状、板条状甚至是块状的共晶硅，它们严重割裂合金基体，外力作用下，合金中的硅相尖端和棱角部位易引起局部应力集中，从而显著降低合金的力学性能，尤其影响其塑性和耐磨性。因此，研究过共晶铝硅合金初生硅和共晶硅的细化工艺，对该系列合金的力学性能和应用推广具有重大意义。

实现Si相尤其是初生硅的细化和钝化是过共晶铝硅合金综合性能提高的前提，目前化学变质剂处理是较为主流的解决方法。大量研究表明，稀土元素能细化共晶硅，但是在能否细化初生硅问题上存在较大争议。由于稀土元素与Al形成的化合物与Si的晶体结构相差很大，无法成为Si的有效异质晶核，一般认为铈无法像磷一样单独细化初晶硅。但也有观点认为Al～Si合金中加入铈从而生产(Al₂Si₂)Ce三元化合物很可能是初生硅细化的原因，其机制可用吸附理论来解释。研究发现，稀土镧会形成富镧相，其会在凝固时包裹住部分初生硅阻止其长大；此外，镧还能通过“毒化”效应有效的细化共晶硅。

20世纪70年代，美国麻省理工的Flemings等人研发的半固态成形技术利用金属在固液相之间相互转变时固液共存的特性，降低了合金加工温度和金属的变形抗力，从而为形状复杂、高精度零件的近净成形提供了一条新途径。机械搅拌法是制备半固态浆料最有效、快速的方法之一，它通过对凝固过程中的熔体施加机械剪切力以实现枝晶破碎、晶粒细化的目的。(如中国专利：CN2471450Y；日本专利：专利号为1～192447；美国专利：专利号为5501266、5040589和3958650)，而最近提出的近液相线铸造法(中国专利：专利公开号为CN1305876A)扩大了半固态制备技术的概念，使得人们对合金的半固态处理不再局限于固液两相区间，扩大了制备工艺的应用范围。但是上述方法工作场合需在高温条件下进行，不利硅相细化；此外，其单次处理的合金熔体有限，不足以满足后续连续铸造成形要求。第三，共晶硅相的形成通常在合金凝固后期发生，此时合金熔体黏度较高，机械搅拌阻力较大，纯机械搅拌效率下降。

专利文献CN103381472B提出了一种有效制备过共晶铝硅合金半固态组织的方法，使得半固态熔体中的初生硅尺寸得到有效的细化，但该方法却没有看到改善共晶硅形貌的效果，使得过共晶铝硅合金半固态流变浆料的性能没有更大程度的优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法。