[发明专利]一种稀土金属掺杂的复合变质剂及其制备方法、Al-Si铸造铝合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土金属掺杂的复合变质剂及其制备方法、Al‑Si铸造铝合金的制备方法，涉及铸造铝合金技术领域；该变质剂包括按照质量百分比计的Sr8.5‑10.5％，RE12％‑20％，杂质元素≤0.30％，余量为Al，RE为La、Ce中的一种或两种；且该方法包括依次进行的冶金步骤、雾化制粉步骤以及冷压步骤。该方法针对该配方的复合变质剂，采用冶金、雾化制粉和冷压的方法相结合的方式，可制备得到高Sr、RE含量的Al‑Sr‑RE复合变质剂，且变质剂中含有晶粒细小、且分布均匀的Al‑Sr‑RE金属粉末，相较传统Sr变质剂而言具有变质时的添加量更低，孕育时间短、时效时间长、可重熔的优点。

技术领域

本发明涉及铸造铝合金技术领域，具体而言，涉及一种稀土金属掺杂的复合变质剂及其制备方法、Al-Si铸造铝合金的制备方法。

背景技术

Al-Si系列铸造铝合金具有优良的流动性、低的热膨胀和收缩率、良好的焊接性和耐蚀性等特性，广泛应用于汽车、电子、通讯等领域。但较低的塑性限制了Al-Si系列合金在汽车关键结构件中的应用。

在Al-Si系列合金的制造过程中，Si在富铝侧与Al形成的二元共晶，Al-Si合金良好的流动性，并随着Si含量的增加呈现先增加后降低的趋势。由于Si几乎不溶于Al，且弹性模量高出Al基体两倍多，形成的Si相成为了合金断裂的主要裂纹源。此外，Si相的体积分数随着Si含量的增加而成线性增大，其形态、尺寸和分布显著影响了合金的塑性。如未变质的A356铝合金，重力铸造后Si相呈狭长的针片状，其伸长率仅为3-4％；而Si经过Sr变质后，共晶硅转变成细小的纤维状，铸件的塑性提高至6-8％，提高约1倍。因此，变质Si是改善Al-Si铸造铝合金塑性的有效方法之一。

Sr是最为常见的共晶硅变质剂，当熔体中Sr含量为0.02～0.05％时变质效果最佳。但由于Sr的化学性质活泼，易氧化烧损，Sr含量随保温时间逐渐减少，严重影响Sr变质的时效性和重熔性；此外，Sr易吸气，引起气孔、疏松等铸造缺陷倾向增大，显著降低合金性能。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种稀土金属掺杂的复合变质剂的制备方法，其制备得到的复合变质剂具有低成本、高效率、时效时间长、可重熔的优点。

本发明的目的之二在于提供一种Al-Si铸造铝合金的制备方法，其采用上述的复合变质剂制备得到，具有合金塑性优异的优点。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种稀土金属掺杂的复合变质剂的制备方法，稀土金属掺杂的复合变质剂包括按照质量百分比计的Sr8.5-10.5％，RE12％-20％，杂质元素≤0.30％，余量为Al，RE为La、Ce中的一种或两种；

稀土金属掺杂的复合变质剂的制备方法包括依次进行的冶金步骤和雾化制粉步骤；其中，冶金步骤包括将铝料和含Sr和RE的原料进行熔化后得到熔体；雾化制粉步骤包括将熔体雾化成均匀分布的Al-Sr-RE金属粉末，且金属粉末含有Al₄(SrRE)相和Al₁₁RE₃相。

在可选的实施方式中，冶金步骤具体包括升温至750-800℃将铝料完全熔化后，加入占熔体质量的0.02％的覆盖剂，并将含Sr和RE的原料压入熔体。

在可选的实施方式中，雾化制粉步骤包括升温至900～1000℃使得含Sr和RE的原料熔化后取样测试成分，并在熔体中通入高纯氩气5-15min，随后在氮气保护下将熔体雾化成金属粉末。

在可选的实施方式中，在雾化制粉步骤中，雾化压力为2～3MPa，以使熔体在10³～10⁴℃/s的冷却速度下快速凝固并得到均匀分布的金属粉末。