一種快速凝固粉末冶金高硅鋁合金脫皮熱擠壓的制備方法與流程
本發明屬于高硅鋁合金材料制備技術領域，特別涉及一種快速凝固粉末冶金高硅鋁合金脫皮熱擠壓的制備方法。
背景技術：
高硅鋁合金的比重小，重量輕，導熱性好，熱膨脹系數低，體積穩定性及耐磨、耐蝕性好，具有一定高溫強度等一系列優點，而廣泛的用作發動機的活塞、轉子材料，在汽車、電子、航空工業等領域有很大的發展潛力。
高硅鋁合金材料制備工藝包括坯錠制備技術和加工成形技術，其中，坯錠制備技術有熔鑄法、粉末冶金燒結法、噴射沉積法和熔滲法，加工成形技術有熱擠壓、半固態擠壓、熱鍛造等。在眾多制備技術中，噴射沉積法作為傳統粉末冶金技術基礎上發展起來的一種新技術，除具有快速凝固的一般特征外，還將霧化制粉過程與粉末固結工藝結合起來，簡化生產工藝，降低生產成本，而且解決了粉末冶金法中粉末表面氧化的問題，減輕了元素顆粒界面對合金性能的不利影響，但噴射沉積法相對于快速凝固粉末冶金來說，合金冷卻速度較低，組織較為粗大，因此強度相對較低。同時，噴射沉積法易于形成孔洞，致密性較低。
綜上所述，采用快速凝固技術與粉末冶金技術相結合制備高硅鋁合金材料由于具有低密度、高熱導、低膨脹、高比強等優異特點，在汽車、電子、航空工業等領域有很大的發展潛力，但由于Al的活性很高，在快速凝固制粉時不可避免的會形成一層氧化膜，導致致密化過程中合金元素的相互擴散受到阻礙，難以形成冶金粘結，因此，需要采用一些特殊的致密化工藝。
技術實現要素：
針對現有技術不足，本發明提供了一種快速凝固粉末冶金高硅鋁合金脫皮熱擠壓的制備方法。
一種快速凝固粉末冶金高硅鋁合金脫皮熱擠壓的制備方法，包括如下步驟：
1)將高硅鋁合金粉末裝入包套，進行真空除氣，加熱到300～350℃并保溫120min以上，使其真空度達8×10-2Pa以下，然后繼續加熱到400～450℃并保溫120min以上，使其真空度達1×10-2Pa以下，再加熱到500～510℃，保溫60min以上，使其真空度達8×10-3Pa以下，然后將包套封口；
2)將步驟1)密封好的包套在350～500℃保溫120～360min，待完全加熱均勻后，進行脫皮熱擠壓：模具預熱溫度300～480℃，擠壓筒預熱溫度350～430℃，擠壓比為20～40，擠壓速度0.5～3mm/s，獲得高硅鋁合金棒材；
3)將步驟2)得到的高硅鋁合金棒材經機加工除去外圍的鋁包套，然后在400～500℃下進行固溶處理1.5～4.5h，150～300℃下進行時效處理2～6h，得到成品高硅鋁合金。
優選地，封口時，包套內各處的溫度均在490～510℃。
優選地，步驟1)中真空除氣過程為，由室溫加熱升溫至120～150℃，保溫120～150min，使其真空度達8╳10-2Pa；再升溫至240～250℃，保溫210～250min，使其真空度達8╳10-2Pa；再升溫至340～350℃，保溫180～210min，使其真空度達8╳10-2Pa；再升溫至440～450℃，保溫180～210min，使其真空度達1╳10-2Pa；再升溫至480～490℃，保溫60min，使其真空度達8╳10-3Pa；再升溫至500℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa；再升溫至510℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa。
進一步優選地，所述升溫的升溫速率分別為20℃/30min。
優選地，所述高硅鋁合金粉末采用霧化制粉法獲得。
所述霧化制粉法為氣霧化，得到的高硅鋁合金粉末平均氧含量0.05～0.2％(質量分數)。
所述高硅鋁合金粉末的成分為，以質量分數計，Al-(10～25)Si-(3～7)Fe-(2～6)Cu-(0.5～3)Mg；所述高硅鋁合金粉末的粒徑≤-150目。
所述包套采用鋁包套。
所述包套上設有包套抽氣管，在包套抽氣管中設置過濾網，真空機組的抽氣管與包套抽氣管之間連接一組過濾裝置，防止抽氣時包套內的高硅鋁合金粉末被抽出，完成除氣后，進行焊接封口。
所述脫皮熱擠壓在脫皮熱擠壓機中進行，擠壓墊比擠壓筒內徑小2～4mm，用石墨粉作為潤滑劑。
本發明的有益效果為：
1)采用本方法制備的高硅鋁合金材料組織細小、均勻，致密度高，致密度達到100％，粉末變形量大，有利于改善粉末界面結合狀態，提高合金力學性能，高硅鋁合金材料的室溫強度≥450MPa，塑性≥1％。
2)采用本方法，簡化了工藝流程，材料利用率高，產品附加值高，降低生產成本。本發明為高性能、高質量高硅鋁合金的加工提供了新途徑，所制備的高硅鋁合金可用于航空航天、汽車等領域，應用前景好。
附圖說明
圖1為實施例中脫皮熱擠壓實施示意圖。
圖2為實施例中一種快速凝固粉末冶金高硅鋁合金脫皮熱擠壓的制備方法流程圖。
標號說明：1-擠壓筒；2-擠壓桿；3-擠壓墊；4-模具；5-擠壓棒材；6-坯錠。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
本實施方式提供了一種快速凝固粉末冶金高硅鋁合金脫皮熱擠壓的制備方法，流程如圖2所示，先霧化制粉法制得高硅鋁合金粉末，然后粉末過篩，選用平均粒徑≤-150目的高硅鋁合金粉末，裝入鋁包套，經除氣、封口后，進行脫皮熱擠壓，得到高硅鋁合金棒材，通過機加工除去高硅鋁合金棒材外圍的鋁包套，然后經固溶處理和時效處理后，得到成品高硅鋁合金，進行測試其性能。
霧化制粉法是以快速運動的流體(霧化介質)沖擊將高硅鋁合金液體破碎為細小液滴，繼之快速凝固為固體粉末。霧化制粉法得到的粉末中的每個顆粒不僅具有與既定熔融合金完全相同的均勻化學成分，而且由于快速凝固作用而細化了結晶結構，消除了第二相的宏觀偏析。
高硅鋁合金坯錠進行脫皮熱擠壓時，由于坯錠中含有大量的初晶硅相，材料的塑性較差，同時由于硅相顆粒硬度高，加劇了模具的磨損，故一般采用塑性較好的材料做包套封裝，本實施方式中采用純鋁包套。所述純鋁包套上設有包套抽氣管，在包套抽氣管中設置過濾網，真空機組的抽氣管與包套抽氣管之間連接一組表面帶孔錐形過濾裝置，所述孔的孔徑小于高硅鋁合金粉末的粒徑，防止抽氣時純鋁包套內的高硅鋁合金粉末被抽出。
以下實施例中，采用的高硅鋁合金粉末為氣霧化制粉法制備的高硅鋁合金粉末，其是通過市售獲得。
以下實施例中，操作方法如無特別說明，均按常規方法進行。
實施例1：Al-16Si-3.5Fe-2.3Cu-0.5Mg高硅鋁合金
高硅鋁合金粉末過篩，選用粒徑為-150目的高硅鋁合金粉末，裝入純鋁包套中，然后將純鋁包套置于除氣爐中，在除氣爐的上部和中下部分別設有熱電偶測量溫度，用真空機組進行真空除氣，以20℃/30min的速率升溫至120℃，保溫120min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至240℃，保溫210min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至340℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至440℃，保溫180min，使其真空度達1╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至480℃，保溫60min，使其真空度達8╳10-3Pa；再以20℃/30min的速率升溫至500℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa；再以20℃/30min的速率升溫至510℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa；然后將包套封口，封口時，由于除氣爐中下部位置的溫度通常稍高，要求位于中下部的熱電偶的實際溫度必須在490～510℃，不得超過510℃，確保包套內各處的溫度均在490～510℃，封口時封口2道，第3道掐斷焊接。
密封好的包套在450℃加熱210min，使包套及高硅鋁合金粉末完全加熱均勻，然后進行脫皮熱擠壓，擠壓模具4預熱至430℃，擠壓筒1預熱至350℃，用石墨粉作為潤滑劑，擠壓比為36，擠壓速度1.5mm/s，獲得致密度為100％的高致密度的高硅鋁合金棒材。
通過機加工去除高硅鋁合金棒材外圍的鋁皮包套，然后在460℃固溶處理120min，在170℃進行時效處理180min，得到成品高硅鋁合金。性能測試：成品高硅鋁合金致密度100％，室溫抗拉強度σb≥450Mpa，延伸率≥1％。
實施例2：Al-20Si-5Fe-4.3Cu-1.5Mg高硅鋁合金
高硅鋁合金粉末過篩，選用粒徑為-200目的高硅鋁合金粉末，裝入純鋁包套中，然后將純鋁包套置于除氣爐中，在除氣爐的上部和中下部分別設有熱電偶測量溫度，用真空機組進行真空除氣，以20℃/30min的速率升溫至150℃，保溫120min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至250℃，保溫210min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至350℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至450℃，保溫180min，使其真空度達1╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至490℃，保溫60min，使其真空度達8╳10-3Pa；再以20℃/30min的速率升溫至500℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa；再以20℃/30min的速率升溫至510℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa；然后將包套封口，封口時，要求位于中下部的熱電偶的實際溫度必須在490～510℃，確保包套內各處的溫度均在490～510℃，封口時封口2道，第3道掐斷焊接。
密封好的包套在470℃加熱180min，使包套和高硅鋁合金粉末完全加熱均勻，然后進行脫皮熱擠壓，擠壓模具4預熱至450℃，擠壓筒2預熱至400℃，用石墨粉作為潤滑劑，擠壓比為28，擠壓速度1mm/s，獲得致密度為100％的高致密度的高硅鋁合金棒材。
通過機加工去除高硅鋁合金棒材外圍的鋁皮包套，然后在480℃固溶處理90min，在180℃進行時效處理150min，得到成品高硅鋁合金。性能測試：成品高硅鋁合金致密度100％，室溫抗拉強度σb≥470Mpa，延伸率≥1％。
實施例3：Al-23Si-4Fe-4.3Cu-1Mg高硅鋁合金
高硅鋁合金粉末過篩，選用粒徑為-200目的高硅鋁合金粉末，裝入純鋁包套中，然后將純鋁包套置于除氣爐中，在除氣爐的上部和中下部分別設有熱電偶測量溫度，用真空機組進行真空除氣，以20℃/30min的速率升溫至150℃，保溫150min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至250℃，保溫240min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至350℃，保溫210min，使其真空度達8╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至450℃，保溫210min，使其真空度達1╳10-2Pa；再以20℃/30min的速率升溫至490℃，保溫60min，使其真空度達8╳10-3Pa；再以20℃/30min的速率升溫至500℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa；再以20℃/30min的速率升溫至510℃，保溫180min，使其真空度達8╳10-3Pa；然后將包套封口，封口時，要求位于中下部的熱電偶的實際溫度必須在490～510℃，確保包套內各處的溫度均在490～510℃，封口時封口2道，第3道掐斷焊接。
密封好的包套在480℃加熱240min，使包套和高硅鋁合金粉末完全加熱均勻，然后進行脫皮熱擠壓，擠壓模具4預熱至470℃，擠壓筒2預熱至420℃，用石墨粉作為潤滑劑，擠壓比為23，擠壓速度0.5mm/s，獲得致密度為100％的高致密度的高硅鋁合金棒材。
通過機加工去除高硅鋁合金棒材外圍的鋁皮包套，然后在480℃固溶處理180min，在180℃進行時效處理180min，得到成品高硅鋁合金。性能測試：成品高硅鋁合金致密度100％，室溫抗拉強度σb≥480Mpa，延伸率≥1％。
綜上所述，本發明提供了一種氣體霧化合金粉末脫皮熱擠壓成形制備高硅鋁合金的方法，制備的合金致密度達100％，室溫抗拉強度σb≥450MPa，延伸率≥1％。
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