[发明专利]耐热高强Al-Si系合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐热高强Al‑Si系合金及其制备方法。所述Al‑Si系合金包括Al基体、Si、SiC粒子和C掺杂型TiB₂粒子，基于100wt％的所述Al‑Si系合金，Si的含量为8.0wt％‑18.0wt％，所述C掺杂型TiB₂粒子具有TiB₂的晶体结构且掺杂有微量C元素，所述C掺杂型TiB₂粒子中C的质量百分比为0.2wt％‑5wt％。根据本发明的Al‑Si系合金可具有改善的强度和耐热性能。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种耐热高强Al-Si系合金及其制备方法。

背景技术

铸造Al-Si系合金由于具有密度低、耐磨性好、体积稳定性、铸造性能和组织致密性好等优势，已成为汽缸、活塞等发动机关键零部件制造的首选材料，以德国马勒(Mahle)公司开发的Mahle124、Mahle142、Mahle174+等牌号合金为典型代表。随着轻量化发展、节能减排、硬排放标准等要求越来越高，引导发动机制造业向高速、高功率密度和高紧凑方向发展，高功率密度主要通过提高发动机转速和燃烧室爆发压力来实现，这使得发动机核心零部件(如活塞)承受的机械负荷、热负荷和摩擦副间的磨损量大幅增加。因此，对材料的高温力学性能提出越来越高的要求。

传统Al-Si系多元合金在凝固过程中析出的金属间化合物耐热相，在基体中呈半封闭网状分布，但难以形成封闭构型，且其构型调控十分困难，高温强化作用有限。而且，组织中脆性的Si相属于高温变形的薄弱环节，是疲劳裂纹萌生和断裂的重要根源。此外，由于Si致细化“中毒”而难以采用传统细化剂来有效细化基体晶粒，使铝基体晶粒枝晶发达。

因而，传统耐热Al-Si系合金难以满足发动机越来越苛刻的服役环境对材料高温力学性能的越来越高的要求。

发明内容

为了解决以上描述的至少一个技术问题，本发明提供一种耐热高强Al-Si 系合金及其制备方法。

本发明的目的在于通过改善金属间化合物耐热相的构型、改善Si相的形貌、和/或改善铝基体的晶粒形貌，提供一种具有改善的强度和耐热性能的 Al-Si系合金材料及其制备方法。

根据本发明的一方面，提供一种Al-Si系合金，所述Al-Si系合金包括 Al基体、Si、SiC粒子和C掺杂型TiB₂粒子，基于100wt％的所述Al-Si系合金，Si的含量为8.0wt％-18.0wt％，所述C掺杂型TiB₂粒子具有TiB₂的晶体结构且掺杂有微量C元素，所述C掺杂型TiB₂粒子中C的质量百分比为 0.2wt％-5wt％。

可选地，所述SiC粒子在所述Al基体中呈微骨架构型。

可选地，所述微骨架构型包括链状微骨架构型、枝状微骨架构型、网状微骨架构型中的至少一种。

可选地，所述C掺杂型TiB₂粒子中的一部分与SiC粒子协同形成所述微骨架构型，所述C掺杂型TiB₂粒子中的另一部分弥散分布。

可选地，所述SiC粒子和所述C掺杂型TiB₂粒子的尺寸为微米级和/或纳米级。

可选地，所述SiC粒子和所述C掺杂型TiB₂粒子为原位生成。

可选地，所述Al-Si系合金还可包括Cu、Ni、Mg、Fe、Mn、Cr、V、Zr 中的至少一种。其中，基于100wt％的所述Al-Si系合金，Cu的含量为 1.0wt％-6.0wt％，Ni的含量为0.5wt％-3.5wt％，Mg的含量为0.5wt％-2.0wt％， Fe的含量小于等于1.5wt％，Mn的含量小于等于1.0wt％，V的含量小于等于 1.0wt％，Cr的含量小于等于0.8wt％，Zr的含量小于等于0.5wt％。