[发明专利]一种石墨烯增强Al-Si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铸造铝合金及其制备方法，所述合金按重量百分比计的原料组分为：硅8.4～8.7％，石墨烯0.001～0.007％，铜0.20～0.35％，镁0.06～0.08％，铁0.01～0.03％，锌0.03～0.05％，锰0.02～0.05％，钛0.05～0.08％，锆0.06～0.10％，其余为铝和不可避免的杂质，杂质重量百分比的总和≤0.03％。本发明通过极微量石墨烯的添加和强化合金元素Cu的配比调控，能在提高铝硅合金的强度的同时，极大地改善铸造铝合金的延伸率和电导率，将其延伸率提高到14.17～17.34％，电导率提高到25.68～26.03MS/m。

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铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

Al-Si铸造合金具有低密度、低膨胀系数、优良的铸造性能和成形性能等优点，广泛用于汽车壳体，电机设备底盘，引擎支架，变速箱和发电机。随着汽车、摩托车工业的迅速发展，其主要用于小型汽车的制动泵壳体及摩托车减震器壳体等形状较复杂，强度、精度要求较高的批量生产的中小型零部件，因此该系列铝合金常采用压铸工艺进行制备。同时，由于压铸件中气体缺陷的存在，在热处理过程中受热膨胀，使铸件产生起泡和变形，导致压铸件一般不能通过热处理强化。相比于常规铸造工艺，压铸能有效提高合金的强度，但会极大牺牲合金的塑性。如美国的高强度压铸铝合金A380.0(ASTM标准的SC84A)，常规重力铸造条件下，该合金屈服强度(σ_b)≈160MPa，屈服强度(σ_0.2)≈65MPa，延伸率(δ)≈8％，但在压铸条件下抗拉强度(σ_b)≥320MPa，屈服强度(σ_0.2)≥160MPa，延伸率(δ)≥3.5％。因此，要求Al-Si合金在常规铸造条件下即具有良好的塑性(延伸率高)和强度，以保证合金在压铸条件下能获得力学性能和塑性均良好的综合性能。

目前，提高铸造铝合金性能的方法之一是制备铝基复合材料。铝基复合材料通常以颗粒、晶须、纤维等形态的陶瓷相作为增强体，传统的颗粒增强铝基复合材料牺牲塑性提高一定的强度，且对材料的导电性能改善有限。石墨烯具有独特的二维结构，具有高强度、高导电性能和高导热性能等超强的力学和功能特性，被认为是较理想的复合材料增强体，有望实现材料的结构和功能一体化。

本发明提供了一种石墨烯增强Al-Si铸造铝合金及其制备方法，通过添加极少量的石墨烯和优化铸造铝合金成分，提高铸造铝合金的综合性能，使其兼具优良的强度、塑性和电导率，有望实现铸造铝合金结构功能一体化。

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铸造铝合金及其制备方法，通过优化石墨烯和合金元素配比来改善铸造铝合金的力学性能和电导率，实现铸造铝合金结构功能一体化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种石墨烯增强Al-Si铸造铝合金，所述合金按重量百分比计的原料组分为：硅8.4～8.7％，石墨烯0.001～0.007％，铜0.20～0.35％，镁0.06～0.08％，铁0.01～0.03％，锌0.03～0.05％，锰0.02～0.05％，钛0.05～0.08％，锆0.06～0.10％，其余为铝和不可避免的杂质，杂质重量百分比的总和≤0.03％。不可避免的杂质包括硼、铍、锡、铅。