一种含Sr、B、Ti和Zr的Al-30Si铝合金及其制备工艺

摘要

本发明公开了一种含Sr、B、Ti和Zr的Al-30Si合金及其制备工艺。该高硅铝合金是在大气环境下将温度为750℃的铝合金熔体浇入温度为200℃的金属模中而成。Al-30Si母合金的制备是采用井式电阻炉在石墨坩埚中熔炼工业纯铝（纯度>99.8Wt%）和结晶硅（纯度>99.5Wt%），在850℃下保温4小时，750℃采用六氯乙烷对合金液进行精炼除气并保温30分钟；Sr、B、Ti和Zr元素分别采用加入Al-10Sr、Al-5Ti-1B和Al-10Zr等合金在720℃下保温30分钟进行合金化。该铝硅合金的化学成分为0.03-0.09Wt%Sr、0.01-0.05Wt%B、0.05-0.25Wt%Ti、0.03-0.09Wt%Zr、30Wt%Si、其他为Al，其抗拉强度为149.4-245.4MPa、硬度为37.5-82.1HBW、电阻率为0.107-0.127Ωm。

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种含Sr、B、Ti和Zr的Al-30Si铝合金及其制备工艺。

背景技术

[0002] 高硅Al-Si 合金由于其比强度和硬度高、密度小、耐蚀和耐磨性能强、高温性能好、线膨胀系数小、导热能力强、成本低，是发动机活塞、精密耐磨零件和电子封装件的理想材料。然而高硅铝合金由于初生硅粗大而表现出脆性，其应用受到限制。采用单一的变质剂对其进行变质处理虽然可以改善初生硅或共晶硅的形貌、大小和分布，改善高硅铝合金的性能，但是很难同时改善初生硅和共晶硅的形貌、大小和分布，也很难进一步改善高硅铝合金的性能。复合变质处理是一种较为理想的变质处理方法，可以同时改善初生硅和共晶硅的形貌、大小和分布，可以进一步改善高硅铝合金的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Sr、B、Ti和Zr的Al-30Si铝合金及其制备工艺。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种含Sr、B、Ti和Zr的Al-30Si铝合金，其特征在于，包括如下步骤：将工业纯铝（纯度>99.8Wt%）和结晶硅（纯度>99.5Wt%）放入石墨坩埚中，用井式电阻炉以10℃/min的加热速率升温到450℃，然后以5℃/min的加热速率升温到850℃保温4小时并搅拌5分钟，再以5℃/min的速率降温到750℃采用压入法加入0.5Wt%的六氯乙烷对合金液进行精炼除气保温30分钟；再以5℃/min的速率降温到720℃扒渣加入Al-10Sr、Al-5Ti-1B和Al-10Zr等合金并搅拌5分钟保温30分钟进行合金化；然后以5℃/min的速率升温到750℃保温15分钟并扒渣，将合金液浇入温度为200℃的金属模中制备出直径为20mm、长度为200mm的合金棒。

本发明制成的产品分别用X射线衍射仪（XRD）和能谱仪（EDS）检测相的种类，用扫描电子显微镜（SEM）观察组织形貌、大小和分布，用万能电子试验机测量抗拉强度，用数显布氏硬度计测量硬度，用四电极法测量电阻率。

本发明含Sr、B、Ti和Zr的高硅铝合金的化学成分为0.03-0.09Wt% Sr、0.01-0.05Wt% B、0.05-0.25Wt%Ti、0.03-0.09Wt% Zr、30Wt%Si、其他为Al，其抗拉强度为149.4-245.4MPa、硬度为37.5-82.1HBW、电阻率为0.107-0.127Ωm。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

用天平称取结晶硅450g、工业纯铝1050g、Al-10Sr合金4.5g、Al-5Ti-1B合金1.5g和Al-10Zr合金4.5g，将工业纯铝和结晶硅放入石墨坩埚中，将石墨坩埚放入井式电阻炉中，以10℃/min的加热速率升温到450℃，然后以5℃/min的加热速率升温到850℃保温4小时并搅拌5分钟，再以5℃/min的速率降温到750℃采用压入法加入7.5g六氯乙烷对合金液进行精炼除气保温30分钟；再以5℃/min的速率降温到720℃扒渣加入4.5g Al-10Sr合金、1.5g Al-5Ti-1B合金和4.5g Al-10Zr合金，并搅拌5分钟保温30分钟进行合金化；然后以5℃/min的速率升温到750℃保温15分钟并扒渣，将合金液浇入温度为200℃的金属模中制备出直径为20mm、长度为200mm的合金棒。其抗拉强度为218.0MPa、硬度为82.1HBW、电阻率为0.113Ωm。

实施例2

用天平称取结晶硅450g、工业纯铝1050g、Al-10Sr合金4.5g、Al-5Ti-1B合金7.5g和Al-10Zr合金13.5g，将工业纯铝和结晶硅放入石墨坩埚中，将石墨坩埚放入井式电阻炉中，以10℃/min的加热速率升温到450℃，然后以5℃/min的加热速率升温到850℃保温4小时并搅拌5分钟，再以5℃/min的速率降温到750℃采用压入法加入7.5g六氯乙烷对合金液进行精炼除气保温30分钟；再以5℃/min的速率降温到720℃扒渣加入4.5g Al-10Sr合金、7.5g Al-5Ti-1B合金和13.5g Al-10Zr合金，并搅拌5分钟保温30分钟进行合金化；然后以5℃/min的速率升温到750℃保温15分钟并扒渣，将合金液浇入温度为200℃的金属模中制备出直径为20mm、长度为200mm的合金棒。其抗拉强度为149.4MPa、硬度为48.6HBW、电阻率为0.123Ωm。

实施例3

用天平称取结晶硅450g、工业纯铝1050g、Al-10Sr合金9.0g、Al-5Ti-1B合金4.5g和Al-10Zr合金13.5g，将工业纯铝和结晶硅放入石墨坩埚中，将石墨坩埚放入井式电阻炉中，以10℃/min的加热速率升温到450℃，然后以5℃/min的加热速率升温到850℃保温4小时并搅拌5分钟，再以5℃/min的速率降温到750℃采用压入法加入7.5g六氯乙烷对合金液进行精炼除气保温30分钟；再以5℃/min的速率降温到720℃扒渣加入9.0g Al-10Sr合金、4.5g Al-5Ti-1B合金和13.5g Al-10Zr合金，并搅拌5分钟保温30分钟进行合金化；然后以5℃/min的速率升温到750℃保温15分钟并扒渣，将合金液浇入温度为200℃的金属模中制备出直径为20mm、长度为200mm的合金棒。其抗拉强度为210.0MPa、硬度为44.3HBW、电阻率为0.107Ωm。

实施例4

用天平称取结晶硅450g、工业纯铝1050g、Al-10Sr合金13.5g、Al-5Ti-1B合金7.5g和Al-10Zr合金9.0g，将工业纯铝和结晶硅放入石墨坩埚中，将石墨坩埚放入井式电阻炉中，以10℃/min的加热速率升温到450℃，然后以5℃/min的加热速率升温到850℃保温4小时并搅拌5分钟，再以5℃/min的速率降温到750℃采用压入法加入7.5g六氯乙烷对合金液进行精炼除气保温30分钟；再以5℃/min的速率降温到720℃扒渣加入13.5g Al-10Sr合金、7.5g Al-5Ti-1B合金和9.0g Al-10Zr合金，并搅拌5分钟保温30分钟进行合金化；然后以5℃/min的速率升温到750℃保温15分钟并扒渣，将合金液浇入温度为200℃的金属模中制备出直径为20mm、长度为200mm的合金棒。其抗拉强度为245.4MPa、硬度为37.5HBW、电阻率为0.123Ωm。

实施例5

用天平称取结晶硅450g、工业纯铝1050g、Al-10Sr合金9.0g、Al-5Ti-1B合金7.5g和Al-10Zr合金4.5g，将工业纯铝和结晶硅放入石墨坩埚中，将石墨坩埚放入井式电阻炉中，以10℃/min的加热速率升温到450℃，然后以5℃/min的加热速率升温到850℃保温4小时并搅拌5分钟，再以5℃/min的速率降温到750℃采用压入法加入7.5g六氯乙烷对合金液进行精炼除气保温30分钟；再以5℃/min的速率降温到720℃扒渣加入9.0g Al-10Sr合金、7.5g Al-5Ti-1B合金和4.5g Al-10Zr合金，并搅拌5分钟保温30分钟进行合金化；然后以5℃/min的速率升温到750℃保温15分钟并扒渣，将合金液浇入温度为200℃的金属模中制备出直径为20mm、长度为200mm的合金棒。其抗拉强度为244.0MPa、硬度为56.6HBW、电阻率为0.127Ωm。