Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，步骤如下：将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热；将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝按一定的比例配料并放入坩埚内，其配料中各元素所占总量的质量百分比为：Mg9～10％，Si5～6％，其余为AL；将坩埚内炉料加热至730～770℃；熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护；加入精炼剂进行精炼，精炼后静止保温3～5min；对熔体进行电脉冲处理，处理后保温5～10min浇铸，制得成品。有益效果是：制备过程操作简单，不添加任何变质剂，合金成分简单。采用电脉冲处理，成本低廉。得到的原位自生Mg2Si颗粒尺寸在10～30μm，颗粒细小，分布均匀，圆整的形态使Mg2Si颗粒与基体结合强度更高，更符合复合材料制备原则。
【专利说明】一种原位自生Mg2Si颗粒増强铝基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属材料领域，特别涉及一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合 材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] Mg2Si颗粒原位增强铝基复合材料具有高的比强度，好的耐磨、耐热性能及低的热 膨胀率等优良特性，使得它们成为汽车、航空及电子等领域的备选材料。但该类铝合金中作 为初生相形成的Mg 2Si增强体一般比较粗大，且多呈尖角状，割裂基体，严重降低材料的力 学性能。因此，改善增强体的形态、尺寸和分布，控制复合材料的凝固、加工和成型过程，提 高其强韧性就成为当前急需解决的首要问题。
[0003] 快速凝固技术可以细化Mg2Si增强体，部分地解决上述问题，但快速凝固技术成本 高，工艺复杂，难以推广应用。目前，改善自生Mg 2Si复合材料的方法主要还是变质处理，如 复合盐（NaCl+NaF+KCl)、磷细化剂（NaCl+NaF+P)以及Ti+P变质剂等，但上述变质剂都不能 显著抑制Mg 2Si增强体的树枝晶生长倾向，变质效果不显著。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种操作简单、成本低廉、 Mg2Si颗粒形态优化的原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
[0005] 本发明所涉及的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包含步 骤如下：
[0006] 将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热；
[0007] 将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝按一定的比例配料并放入坩埚内，其配料中各 元素所占总量的质量百分比为：Mg9?10%，Si5?6%，其余为AL ;将坩埚内炉料加热至 730?770°C，使炉料完全熔化并保温一段时间；熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护；
[0008] 向坩埚内加入精炼剂进行精炼，精炼后在730?770 °C静止保温3?5min，以除去 熔体表面的熔渣；
[0009] 使用电极对熔体进行电脉冲处理，处理后保温5?IOmin浇铸，制得成品。
[0010] 作为进一步优选，所述步骤2中炉料完全熔化后保温15?30min。
[0011] 作为进一步优选，所述步骤4中电脉冲处理过程如下：先将连接脉冲发生器的电 极预热2?5分钟，然后垂直插入熔体中并保持1?3min，再施加电脉冲对熔体进行电脉冲 孕育处理。
[0012] 作为进一步优选，所述施加的电脉冲频率为3?IOHz，电压300?1000V，电脉冲 处理时间为30?60s ;脉冲电极间宽度为5?10cm。
[0013] 作为进一步优选，所述电极插入深度为熔体深度的3/4。
[0014] 作为进一步优选，所述精炼剂为C2Cl6，其加入量为炉料总质量的0. 2?0. 3%。
[0015] 作为进一步优选，所述电极为石墨电极。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] 1、制备过程操作简单，不添加任何变质剂，合金成分简单。
[0018] 2、采用电脉冲处理，除设备一次性投资外，每次只有短时间用电成本，与采用变质 剂相比，成本低廉。
[0019] 3、Mg2Si颗粒形态优化，形态圆整。得到的原位自生Mg2Si颗粒尺寸在10?30 μ m， 颗粒细小，分布均匀，圆整的形态使Mg2Si颗粒与基体结合强度更高，更符合复合材料制备 原则。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例2获得的铝基复合材料的显微组织图。
[0021] 图2是本发明实施例3获得的铝基复合材料的显微组织图。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1
[0023] 首先将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
[0024] 将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内，其配 料中各元素所占总量的质量百分比为：Mg9?10%，Si5?6%，其余为AL;将坩埚内炉料 加热至730?770°C，使炉料完全熔化并保温一段时间，作为优选，炉料全熔化后保温15? 30min ;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
[0025] 向坩埚内加入精炼剂进行精炼，精炼后在730?770 °C静止保温3?5min，以除去 熔体表面的熔渣；作为优选，所述精炼剂为C2Cl6，其加入量为炉料总质量的0. 2?0. 3%。
[0026] 使用电极对熔体进行电脉冲处理，所述电脉冲处理过程如下：先将连接脉冲发生 器的电极预热2?5min，然后垂直插入熔体中并保持1?3min，所述电极插入深度为熔体 深度的3/4 ;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选，所述施加的电脉冲频率 为3?10Hz，电压300?1000V，电脉冲处理时间为30?60s ;脉冲电极间宽度为5?10cm。 所述电极优选为石墨电极。电脉冲处理后保温5?IOmin浇铸，制得成品。
[0027] 实施例2
[0028] 首先将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
[0029] 将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内，原料 总量为800g，其配料中各元素所占总量的质量百分比为：Mg9%，Si6%，AL85% ;即Mg为 72g，Si为48g，其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至730°C，使炉料完全熔化并保温15min ; 熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
[0030] 向坩埚内加入精炼剂进行精炼，精炼后在730°C静止保温3min，以除去熔体表面 的熔渣；所述精炼剂为C 2Cl6，其加入量为炉料总质量的0. 2%，S卩I. 6g。
[0031] 使用电极对熔体进行电脉冲处理，所述电脉冲处理过程如下：先将连接脉冲发 生器的电极预热2min，然后垂直插入熔体中并保持3min，所述电极插入深度为熔体深度 的3/4 ;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选，所述施加的电脉冲频率为 10Hz，电压500V，电脉冲处理时间为30s ;脉冲电极间宽度为5cm。所述电极优选为石墨电 极。电脉冲处理后保温5min后浇铸，制得成品。
[0032] 实施例3
[0033] 首先将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
[0034] 将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内，原 料总量为2000g，其配料中各元素所占总量的质量百分比为：MglO%，Si5%，AL85% ;即Mg 为200g，Si为100g，其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至750°C，使炉料完全熔化并保温 20min ;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
[0035] 向坩埚内加入精炼剂进行精炼，精炼后在750°C静止保温5min，以除去熔体表面 的熔渣；所述精炼剂为C 2Cl6，其加入量为炉料总质量的0. 3%，即6g。
[0036] 使用电极对熔体进行电脉冲处理，所述电脉冲处理过程如下：先将连接脉冲发生 器的电极预热5min，然后垂直插入熔体中并保持2min，所述电极插入深度为熔体深度的 3/4 ;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选，所述施加的电脉冲频率为5Hz， 电压1000V，电脉冲处理时间为60s ;脉冲电极间宽度为8cm。所述电极优选为石墨电极。电 脉冲处理后保温Smin后浇铸，制得成品。
[0037] 实施例4
[0038] 首先将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
[0039] 将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内，原料 总量为2000g，其配料中各元素所占总量的质量百分比为：Mg9. 5%，Si5. 5%，AL85% ;即Mg 为190g，Si为110g，其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至770°C，使炉料完全熔化并保温 25min ;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
[0040] 向坩埚内加入精炼剂进行精炼，精炼后在770°C静止保温4min，以除去熔体表面 的熔渣；所述精炼剂为C 2Cl6，其加入量为炉料总质量的0. 25%，即5g。
[0041] 使用电极对熔体进行电脉冲处理，所述电脉冲处理过程如下：先将连接脉冲发生 器的电极预热4min，然后垂直插入熔体中并保持2min，所述电极插入深度为熔体深度的 3/4 ;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选，所述施加的电脉冲频率为3Hz， 电压1000V，电脉冲处理时间为50s ;脉冲电极间宽度为10cm。所述电极优选为石墨电极。 电脉冲处理后保温Smin后浇铸，制得成品。
[0042] 实施例5
[0043] 首先将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热。
[0044] 将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝作为原料按一定的比例配料并放入坩埚内，原料 总量为2000g，其配料中各元素所占总量的质量百分比为：Mg9. 2%，Si5. 8%，AL85% ;即Mg 为184g，Si为116g，其余全部为AL。将坩埚内炉料加热至760°C，使炉料完全熔化并保温 30min ;熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护。
[0045] 向坩埚内加入精炼剂进行精炼，精炼后在760°C静止保温4min，以除去熔体表面 的熔渣；所述精炼剂为C 2Cl6，其加入量为炉料总质量的0. 28%，即5. 6g。
[0046] 使用电极对熔体进行电脉冲处理，所述电脉冲处理过程如下：先将连接脉冲发生 器的电极预热3min，然后垂直插入熔体中并保持lmin，所述电极插入深度为熔体深度的 3/4 ;再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。作为优选，所述施加的电脉冲频率为8Hz， 电压800V，电脉冲处理时间为40s;脉冲电极间宽度为6cm。所述电极优选为石墨电极。电 脉冲处理后保温IOmin后浇铸，制得成品。
[0047] 通过上述实施例获得的铝基复合材料组织特征参数如下表1所示。
[0048]
【权利要求】
1. 一种原位自生Mg 2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包含步骤如 下： 1) 将电阻炉加热升温，将石墨坩埚放入电阻炉中预热； 2) 将Al-Si、Al-Mg中间合金和纯铝按一定的比例配料并放入坩埚内，其配料中各元素 所占总量的质量百分比为：Mg9?10%，Si5?6%，其余为AL ;将坩埚内炉料加热至730? 770°C，使炉料完全熔化并保温一段时间；熔炼过程中用惰性气体对熔体进行保护； 3) 向坩埚内加入精炼剂进行精炼，精炼后在730?770 °C静止保温3?5min，以除去熔 体表面的熔渣； 4) 使用电极对熔体进行电脉冲处理，处理后保温5?lOmin浇铸，制得成品。
2. 根据权利要求1所述的一种原位自生Mg 2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其 特征在于：所述步骤2)中炉料完全熔化后保温15?30min。
3. 根据权利要求1所述的一种原位自生Mg 2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其 特征在于：所述步骤4)中电脉冲处理过程如下：先将连接脉冲发生器的电极预热2?5分 钟，然后垂直插入熔体中并保持1?3min，再施加电脉冲对熔体进行电脉冲孕育处理。
4. 根据权利要求3所述的一种原位自生Mg 2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其 特征在于：所述施加的电脉冲频率为3?10Hz，电压300?1000V，电脉冲处理时间为30? 60s ;脉冲电极间宽度为5?10cm。
5. 根据权利要求3或4所述的一种原位自生Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法， 其特征在于：所述电极插入深度为熔体深度的3/4。
6. 根据权利要求1所述的一种原位自生Mg 2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其 特征在于：所述精炼剂为C2C16，其加入量为炉料总质量的0. 2?0. 3%。
7. 根据权利要求5所述的一种原位自生Mg 2Si颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其 特征在于：所述电极为石墨电极。
【文档编号】C22C21/08GK104498787SQ201410821892
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】王冰, 唐立丹, 王建中, 齐锦刚, 王家毅 申请人:辽宁工业大学