一种层状复合铝锭的液固相铸造方法
【专利摘要】一种层状复合铝锭的液固相铸造方法，其特征是由以下步骤组成：用质量百分比浓度为5~10%的氢氧化钠溶液和体积百分比浓度为3~5%的盐酸溶液分别对铝合金锭表面进行清洗，去除表面的油污和氧化物；将氟盐溶液均匀涂覆在清洗后的铝合金锭表面；将铝合金锭在100~200℃烘烤1~2小时，去除铝合金锭表面的水分；将铝合金锭预热至400~500℃，将另一种铝合金液浇注到铝合金锭的表面，铝合金液的浇注温度控制在700~740℃，冷却凝固后形成层状复合铝锭。本发明的方法可以稳定获得具有冶金结合的层状复合铝锭，制备的层状复合铝锭的复合界面清晰、平整，并且还具有工艺简单、生产成本低、适合于大批量生产的优点。
【专利说明】一种层状复合铝锭的液固相铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料制备领域，具体是涉及一种层状复合铝锭的液固相铸造方法。
【背景技术】
[0002]层状复合铝锭是由两种铝合金通过界面冶金结合而成的层状复合锭坯，经过轧制、挤压、锻造等加工后，这种层状复合铝锭即变成层状复合铝板、铝管、铝型材、铝锻件等，在汽车、电子电器、航空航天等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。
[0003]现有层状复合铝锭的制备方法主要是半连续铸造法，该方法是将两种铝合金液同时浇注到结晶器内，然后拉铸成形，冷却凝固后得到层状复合铝锭。半连续铸造法虽然可以获得具有冶金结合的层状复合铝锭，但这种方法对铸造工艺参数的控制要求非常苛刻，否则两种铝合金液在浇注时很容易形成混合，得到的层状复合铝锭的复合界面不清楚、不平整，层状复合铝锭的成品率较低。
[0004]液固相铸造法是将一种金属液直接浇注到另一种固态金属的表面，冷却凝固后得到层状复合金属锭或零部件的方法。液固相铸造法目前已成功应用于高铬铸铁、高锰钢、碳钢等黑色金属层状复合锭和零部件的生产中，但至今没有成功应用于层状复合铝锭的生产。
[0005]研究发现，在大气环境下，铝合金液的表面始终存在一层致密的Al2O3氧化膜，而铝合金锭在高温预热过程中表面也很容易形成一层致密的Al2O3氧化膜，正是由于铝合金液和铝合金锭的表面都存在一层致密的Al2O3氧化膜，阻碍了铝合金液和铝合金锭之间的元素扩散，使液固相铸造法根本无法获得具有冶金结合的层状复合铝锭。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有层状复合铝锭制备中存在的问题，提供一种能够稳定获得具有冶金结合层状复合铝锭的液固相铸造方法。
[0007]本发明实现上述目的所采用的技术方案由以下步骤组成:
第一步:用质量百分比浓度为5?10%的氢氧化钠溶液和体积百分比浓度为3?5%的盐酸溶液分别对铝合金锭表面进行清洗，去除表面的油污和氧化物；
第二步:将氟盐溶液均匀涂覆在清洗后的铝合金锭表面；
第三步:将铝合金锭在10(T200°C烘烤广2小时，去除铝合金锭表面的水分；
第四步:将铝合金锭预热至40(T50(TC，将另一种铝合金液浇注到铝合金锭的表面，铝合金液的浇注温度控制在70(T740°C，冷却凝固后形成层状复合铝锭。
[0008]所述氟盐溶液为质量百分比浓度为2(Γ40%的氟锆酸钾和氟硼酸钾的水溶液。
[0009]所述氟锆酸钾和氟硼酸钾质量百分比为4(Γ50%的氟锆酸钾和50飞0%的氟硼酸钾。
[0010]本发明的创新之处在于:在清洗后的铝合金锭表面涂覆一层氟盐溶液，烘烤后，铝合金锭的表面覆盖一层均匀的氟盐晶体，首先，氟盐晶体可以对铝合金锭的表面起到保护作用，防止铝合金锭在随后的高温预热过程中再次发生氧化形成Al2O3氧化膜；其次，当铝合金液浇注到铝合金锭的表面后，氟盐晶体会与铝合金液接触发生剧烈的放热反应，放热反应可以破坏铝合金液表面的Al2O3氧化膜，露出新鲜的铝合金液与铝合金锭接触复合。同时，放热反应还会使铝合金液与铝合金锭之间的接触面局部温度瞬间升高，高温可以加速铝合金液和铝合金锭之间的元素扩散，最终使铝合金液与铝合金锭之间实现稳定的冶金结口 ο
[0011]采用本发明可以稳定获得具有冶金结合的层状复合铝锭，解决了传统液固相铸造法根本无法获得具有冶金结合层状复合铝锭的问题。另外，采用本发明制备的层状复合铝锭的复合界面清晰、平整，并且还具有工艺简单、生产成本低、适合于大批量生产的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为实施例1的3003铝合金锭表面的氟盐晶体扫描电镜图。
[0013]图2为实施例1的4045/3003层状复合铝锭的界面宏观组织图。
[0014]图3为实施例1的4045/3003层状复合铝锭的界面显微组织图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
采用本发明制备4045/3003复合铝锭。方法如下:
第一步:用质量百分比浓度为5%的氢氧化钠溶液和体积百分比浓度为3%的盐酸溶液分别对3003铝合金锭表面进行清洗，去除表面的油污和氧化皮；分别称取40克的氟锆酸钾和60克的氟硼酸钾，混合后加入到400克、50°C的热水中，搅拌配制成质量百分比浓度为20%的氟盐水溶液；
第二步:将氟盐水溶液均匀涂覆在3003铝合金锭的表面；
第三步:将3003铝合金锭在100°C烘烤I小时，去除3003铝合金锭表面的水分；第四步:将3003铝合金锭预热至400°C，利用铸造系统，将4045铝合金液浇注到3003铝合金锭的表面，4045铝合金液的浇注温度控制在700°C，冷却凝固后形成4045/3003层状复合招锭。
[0016]从图1可看到，3003铝合金锭的表面覆盖有一层均匀的氟盐晶体。
[0017]从图2可看到，4045/3003层状复合铝锭的复合界面清晰、平整。
[0018]从图3可看到，4045/3003层状复合铝锭的复合界面为冶金结合。
[0019]实施例2
采用本发明制备3005/7072复合铝锭。方法如下:
第一步:用质量百分比浓度为7%的氢氧化钠溶液和体积百分比浓度为4%的盐酸溶液分别对7072铝合金锭表面进行清洗，去除表面的油污和氧化皮等；分别称取45克的氟锆酸钾和55克的氟硼酸钾，混合后加入到233.33克、80°C的热水中，搅拌配制成质量百分比浓度为30%的氟盐水溶液；
第二步:将氟盐水溶液均匀涂覆在7072铝合金锭的表面；
第三步:将7072铝合金锭在150°C烘烤1.5小时，去除7072铝合金锭表面的水分； 第四步:将7072铝合金锭预热至450°C，利用铸造系统，将3005铝合金液浇注到7072铝合金锭的表面，3005铝合金液的浇注温度控制在720°C，冷却凝固后形成3005/7072层状复合招锭。
[0020]实施例3
采用本发明制备6063/7085复合铝锭。方法如下:
第一步:用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和体积百分比浓度为5%的盐酸溶液分别对7085铝合金锭表面进行清洗，去除表面的油污和氧化皮等；分别称取50克的氟锆酸钾和50克的氟硼酸钾，混合后加入到150克、100°C的热水中，搅拌配制成质量百分比浓度为40%的氟盐水溶液；
第二步:将氟盐水溶液均匀涂覆在7085铝合金锭的表面；
第三步:将7085铝合金锭在200°C烘烤2小时，去除7085铝合金锭表面的水分；第四步:将7085铝合金锭预热至500°C，利用铸造系统，将6063铝合金液浇注到7085铝合金锭的表面，6063铝合金液的浇注温度控制在740°C，冷却凝固后形成6063/7085层状复合招锭。
【权利要求】
1.一种层状复合铝锭的液固相铸造方法，其特征在于由以下步骤组成: 第一步:用质量百分比浓度为5?10%的氢氧化钠溶液和体积百分比浓度为3?5%的盐酸溶液分别对铝合金锭表面进行清洗，去除表面的油污和氧化物； 第二步:将氟盐溶液均匀涂覆在清洗后的铝合金锭表面； 第三步:将铝合金锭在100?200°C烘烤I?2小时，去除铝合金锭表面的水分；第四步:将铝合金锭预热至400?500°C，将另一种铝合金液浇注到铝合金锭的表面，铝合金液的浇注温度控制在700?740°C，冷却凝固后形成层状复合铝锭。
2.根据权利要求1所述的层状复合铝锭的液固相铸造方法，其特征在于所述氟盐溶液为质量百分比浓度为20?40%的氟锆酸钾和氟硼酸钾的水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的层状复合铝锭的液固相铸造方法，其特征在于所述氟锆酸钾和氟硼酸钾质量百分比为40?50%的氟锆酸钾和50?60%的氟硼酸钾。
【文档编号】B22D19/00GK104353793SQ201410688307
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】王顺成, 戚文军, 李滔, 郑开宏, 谢建雄, 黎泳 申请人:广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院), 广东星湖新材料有限公司