[发明专利]一种Al-Si合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种Al‑Si合金及其制备方法和应用，属于铝合金材料技术领域。本发明提供的Al‑Si合金，按质量百分含量计，包括Si 14～22％，Cu 2～5％，Mg 0.5～2.2％，Zr 0.15～0.25％，La 0.1～0.5％，Er 0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。本发明通过在合金中加入少量的Zr以及复合稀土La和Er，同时控制合金中Si、Cu和Mg的含量，可以改善Si相形貌，细化晶粒，且合金组织均匀，具有较高的强度和较好的耐磨性。

技术领域

本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种Al-Si合金及其制备方法和应用。

背景技术

铸造Al-Si合金是铸造铝合金中最重要的一个系列，由于其密度小、比强度高，同时具有优异的铸造性能、耐蚀性能、耐磨损性能、可焊性及热膨胀性，广泛地应用于航空航天、汽车、机械等行业，用来生产形状复杂、薄壁、耐蚀、气密性要求高、承受中高静载荷或冲击载荷、要求在较高温度下工作的大、中、小型铸件。例如现有技术中汽车发动机等部件，通常采用过共晶Al-Si合金进行压铸成形，但是现有合金成分制备的发动机部件在强度和耐磨性等方面均有一定的局限性。在过共晶Al-Si合金中加入少量的Cu元素和Mg元素，在合金中形成Al₂Cu、Mg₂Si以及Al-Si-Cu-Mg等强化相，可以在一定程度上提高合金的强度，但是由于合金中Si含量较高，成形后会在基体中形成粗大的块状Si相和纤维状的共晶Si相，对基体有较大的割裂作用，合金的强度和耐磨性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al-Si合金及其制备方法和应用，本发明提供的合金具有较高的强度和较好的耐磨性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种Al-Si合金，按质量百分含量计，包括Si 14～22％，Cu 2～5％，Mg 0.5～2.2％，Zr 0.15～0.25％，La 0.1～0.5％，Er 0.1～0.3％，Mn≤0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，每种杂质的含量均低于0.01％。

优选地，包括Si 15.5～18％，Cu2.5～4.5％，Mg 0.5～1.8％，Zr 0.18～0.22％，La 0.1～0.3％，Er 0.1～0.2％，Mn 0.15～0.2％，Fe 0.1～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质。

本发明提供了上述技术方案所述Al-Si合金的制备方法，包括以下步骤：

按Al-Si合金的成分将制备原料进行熔炼，得到合金液；

将所述合金液进行精炼，得到精炼液；

在超声/电磁复合场作用下，基于半连续铸造工艺将所述精炼液进行成形处理，得到Al-Si合金。

优选地，所述制备原料包括纯铝锭和中间合金；

所述熔炼包括：将纯铝锭进行第一熔炼，待部分纯铝锭熔化后，加入所述中间合金进行第二熔炼；所述第一熔炼的温度为720～770℃，时间为1～5h，所述第二熔炼的温度为700～760℃，时间为1～4h；所述部分纯铝锭占纯铝锭总质量的45～65％。

优选地，所述精炼为喷粉精炼，所述喷粉精炼的操作参数包括：除气机的旋转速度为100～140rpm，进口压力为0.2～0.6MPa，出粉量为1～3.5kg/min，精炼时间为10～40min。

优选地，所述成形处理的操作参数包括：浇铸温度为680～720℃，超声功率为300～360W，超声频率为15～20kHz，电磁频率为20～30kHz，电磁强度为120～150A；引锭时冷却水压力为200～250m³/h，引锭速度为100～180mm/min。