一種鋁-硅-鎂-銅-鉭合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種含有Ta元素的鋁-硅-鎂-銅-鉭合金，同時涉及其制備方法， 屬于金屬合金材料技術領域。
[0002]
【背景技術】 鋁-硅合金具有優異的鑄造工藝性能、切削加工性能和高的比強度等特點，在航空航 天、汽車、機械等領域應用較多，然而由于其強度和韌性稍遜，其應用范圍又受到某些限制。 實際生產中，人們大量采取熱處理、對硅相進行變質處理等各種方法來進一步提高其強度 等力學性能，而用合金化的方式提高其性能的研究相對較少。
[0003] 含硅量為6-10wt. %的亞共晶鋁硅合金中加入少量鎂和銅元素可提高合金的 強度，在目前生產中應用較多。但這類鋁-硅-鎂-銅合金在經熱處理后強度一般在 150-260MPa范圍，仍有繼續提高的應用要求。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中存在的問題，本發明對鋁-硅-鎂-銅合金用鉭元素進行微合金 化，提供了一種鋁-硅-鎂-銅-鉭合金，同時還公開了該合金的制備方法。
[0005] 本發明的技術方案如下： 一種鋁-硅-鎂-銅-鉭合金，由以下質量百分比的組元組成：Ta 0.03-0.7%，Mg 0? 35-0. 7%，Cu 0? 3-2%，Si 6. 5-8. 5%，富鈰混合稀土 0? 0004-0. 0093%，其余為 A1 ; 所述的富鋪混合稀土的成分如下：Ce 60%、La 25%、Pr4%、Nd 10%，其余為雜質。
[0006] 所述鋁-硅-鎂-銅-鉭合金采用如下步驟制備： (1)據所欲制備鋁-硅-鎂-銅-鉭合金的化學成分和質量稱取以下質量原料： 純鋁（純度9 9. 7wt.%或以上)，純硅（9 9. 9wt.%或以上)，Al-50wt.%Cu中間合金， Al-40wt. %Mg中間合金，Al-Ta (含有少量富鈰混合稀土）中間合金； (2 )將純鋁在坩堝內熔化后加入純硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后調節 合金熔體溫度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，攪拌后再加入精煉劑進行精煉； 在以上過程的同時，將Al-Ta中間合金于100-200°C預熱60-200分鐘，備用； 所述精煉劑購自徐州華中鋁業有限公司，型號為HZ-WYJ ; (3 )將預熱后的Al-Ta中間合金加入上述精煉后的鋁熔體中，保溫8-15分鐘后攪拌 熔體，再澆入模具中，冷卻后得到鑄態鋁-硅合金； (4 )將以上鑄態鋁-硅合金按以下步驟進行熱處理：將鋁-硅合金在電爐內于545°C 保溫8-12小時后取出并立刻放入水中進行淬火；將淬火后的合金再放入電爐內于180°C保 溫4-8小時，然后取出置于空氣中自然冷卻，得到熱處理態鋁-硅合金。
[0007] 所述的Al-Ta中間合金所含的成分為：Ta 15wt. %，富鋪混合稀土元素0. 2wt. %， 其余為A1及不可避免的雜質元素。Ta元素主要以TaAl3化合物粒子的方式鑲嵌于鋁基體 中，TaAl 3化合物粒子為多面體或球狀，尺寸小于3微米。
[0008] 所述Al_15wt. %Ta中間合金按以下方法制備得到： (1) 按0. 8875: 0. 002:0. 32535的質量比稱取原料純鋁、富鈰混合稀土和K2TaF7; (2) 將純鋁在熔化爐內熔化至690-740°C范圍，加入富鈰混合稀土并待其熔化后攪拌 熔體使成分均勻； (3) 將K2 TaF7* 5批加入上述鋁熔體中進行反應，每批反應5-15分鐘后再加入下一 批，反應過程中用碳棒以100轉/分鐘的轉速攪拌熔體； (4) K 2 TaF7全部加入并反應后，將合金熔體上層不同于金屬熔體的液體倒出，再將剩余 鋁合金熔體倒入冷卻模具中，冷卻后即得Al-15 wt Ta中間合金。
[0009] 所述Al_50wt. %Cu中間合金，Al_40wt. %Mg中間合金均可在市場購買。
[0010] 本發明提供的鋁-硅-鎂-銅_鉭合金無論是鑄態還是熱處理態，鉭元素都能明 顯提高合金的強度性能。可根據實際使用中的強度要求，選擇鑄態或熱處理態的合金。
[0011] 本發明提供的鋁-硅-鎂-銅-鉭合金中的鉭元素以固溶于鋁晶粒中及形成 TaAl3粒子兩種方式存在，前一方式產生固溶強化作用使合金強度提高，后一方式一方面通 過TaAl 3粒子對鋁晶粒產生明顯的晶粒細化作用使合金強度提高，另一方面分散在基體中 的細小TaAl3粒子還會產生粒子彌散強化作用。此外，以上晶粒細化作用還使鎂、硅元素及 其化合物分布更均勻，減少微觀成分偏析，也會起到提高合金強度的作用。鉭元素以含有富 鋪稀土元素的Al-Ta中間合金的方式加入，稀土元素具有高的表面活性，使TaAlji子易于 在合金基體中分散均勻，且能提降低粒子的表面能，提高高粒子的形核能力。
【具體實施方式】
[0012] 下面通過具體實施例對本發明做進一步的闡述，需要說明的是，下述實施例僅是 為了解釋本發明，并不對
【發明內容】
進行限定。
[0013] 實施例1 鋁-硅合金成分：Ta 0. 07%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 0009%的富鈰稀土元素，其 余為A1及不可避免的雜質元素。
[0014] 上述鋁-硅合金的制備過程為： (1 )據所欲制備鋁-硅合金的化學成分和質量稱取相應質量的以下原料：純鋁（純度 9 9?7 wt. % 或以上），純娃（9 9?9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中間合金，Al_40wt. %Mg 中間合金，Al-15wt. %Ta (含有0. 2wt. %富鋪稀土中間合金）中間合金； (2 )將純鋁在坩堝內熔化后加入純硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后調節 合金熔體溫度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，攪拌后再加入精煉劑進行精煉； 在以上過程的同時，將Al-15wt.%Ta中間合金于180°C預熱80分鐘，奮用； (3 )將預熱后的Al-15wt. %Ta中間合金加入上述精煉后的鋁熔體中，保溫8分鐘后攪 拌熔體，再澆入模具中，冷卻后得到鑄態鋁-硅合金。
[0015] ( 4)將以上鑄態鋁-硅合金按以下步驟進行熱處理：將鋁-硅合金在電爐內于 545°C保溫10小時后取出并立刻放入水中進行淬火。將淬火后的合金再放入電爐內于 180°C保溫6小時，然后取出置于空氣中自然冷卻，得到熱處理態鋁-硅合金。
[0016]實施例2 鋁-硅合金成分：Ta 0. 15%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 002%的富鈰稀土元素，其 余為A1及不可避免的雜質元素。
[0017] 上述鋁-硅合金的制備過程為： (1 )據所欲制備鋁-硅合金的化學成分和質量稱取相應質量的以下原料：純鋁（純度 9 9 ? 7 wt. % 或以上），純娃（9 9 ? 9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中間合金，Al_40wt. %Mg 中間合金，Al-15wt. %Ta (含有0. 2wt. %富鋪稀土中間合金）中間合金； (2 )將純鋁在坩堝內熔化后加入純硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后調節 合金熔體溫度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，攪拌后再加入精煉劑進行精煉； 在以上過程的同時，將Al-15wt.%Ta中間合金于150°C預熱100分鐘，奮用； (3 )將預熱后的Al-15wt. %Ta中間合金加入上述精煉后的鋁熔體中，保溫10分鐘后 攪拌熔體，再澆入模具中，冷卻后得到鑄態鋁-硅合金。
[0018] ( 4)將以上鑄態鋁-硅合金按以下步驟進行熱處理：將鋁-硅合金在電爐內于 545°C保溫11小時后取出并立刻放入水中進行淬火。將淬火后的合金再放入電爐內于 180°C保溫5小時，然后取出置于空氣中自然冷卻，得到熱處理態鋁-硅合金。
[0019] 實施例3 鋁-硅合金成分：Ta 0. 3%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 004%的富鈰稀土元素，其余 為A1及不可避免的雜質元素。
[0020] 上述鋁_硅合金的制備過程為： (1 )據所欲制備鋁-硅合金的化學成分和質量稱取相應質量的以下原料：純鋁（純度 9 9 ? 7 wt. % 或以上），純娃（9 9 ? 9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中間合金，Al_40w