本發(fā)明涉及鋁合金技術(shù)，尤其涉及一種tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金、其制備方法及用途。

背景技術(shù)：

1、由于其低密度和卓越的耐磨性，al-si合金已成為傳統(tǒng)鑄鐵和鑄鋼在發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)磨損部件制造中的理想替代材料。面對二氧化碳排放量的增加和燃料成本的上升，汽車行業(yè)正致力于通過采用輕質(zhì)合金來生產(chǎn)更輕、更堅(jiān)固、更環(huán)保的車輛。目前，行業(yè)正尋求顯著減輕鋁基結(jié)構(gòu)件重量的方法，其中楊氏模量和屈服強(qiáng)度是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)。高楊氏模量有助于減少壁厚，從而降低部件的材料體積。然而，由于al-si合金的楊氏模量相對較低，限制了其應(yīng)用范圍。

2、例如，目前市場上常見的商用鑄造al-si合金的楊氏模量大約為70gpa，這一相對較低的數(shù)值往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件的壁厚增加，進(jìn)而使得重量上升，減弱了al合金在應(yīng)用中所追求的減重優(yōu)勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對目前al-si合金彈性模量不足的問題，提出一種tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金，該合金彈性模量高達(dá)82-86gpa，能滿足市場對al合金彈性模量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，在發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)領(lǐng)域具有非常良好的應(yīng)用前景和大規(guī)模工業(yè)化推廣潛力。

2、需要注意的是，在本發(fā)明中，除非另有規(guī)定，涉及組成限定和描述的“包括”的具體含義，既包含了開放式的“包括”、“包含”等及其類似含義，也包含了封閉式的“由…組成”、“由…構(gòu)成”等及其類似含義。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金，其中，si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5wt.％-9.5wt.％；fe元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7wt.％-0.9wt.％；ni元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8wt.％-2.1wt.％；tib2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8wt.％-4.2wt.％；余量為al。

4、進(jìn)一步地，優(yōu)選合金si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.4-9.5wt.％；fe元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7-0.9wt.％；ni元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4-1.7wt.％；tib2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.8-4.2wt.％。

5、進(jìn)一步地，更優(yōu)選的合金si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9wt.％；fe元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8wt.％；ni元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6wt.％；tib2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4wt.％。

6、進(jìn)一步地，tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金中，鈦和硼形成tib2中間相，這種中間相以顆粒形態(tài)存在，其顆粒大小為200nm–1μm，本發(fā)明中tib2顆粒平均尺寸為227.9nm。

7、進(jìn)一步地，所述al合金彈性模量相對基體(alloy1)提升3-12％，高達(dá)82-86gpa。

8、本發(fā)明的另一個(gè)目的還公開了一種tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金的制備方法，包括以下步驟：

9、步驟1.原材料準(zhǔn)備；

10、步驟2.預(yù)熱，將模具放入230-270℃恒溫箱中預(yù)熱；

11、步驟3.熔煉：將純鋁、純cu、al-6wt.％tib2前驅(qū)體、al-10ni中間合金、al-10fe中間合金一并置入坩堝，于井式熔煉電阻爐中熔煉加熱至750～780℃，通入高純氬氣對熔體除氣5-10min，得到熔體，使用輔助工藝使熔體完全融化；

12、步驟4.澆鑄：澆注熔體至預(yù)熱的模具，澆注溫度為710-730℃，得到鑄錠。

13、進(jìn)一步地，步驟1原材料分別為：純鋁(純度99.999％)、純si、純cu、al-10fe中間合金、al-10ni中間合金和al-6wt.％tib2前驅(qū)體。

14、進(jìn)一步地，步驟3所述坩堝為石墨黏土坩堝。

15、進(jìn)一步地，步驟3所述熔煉加熱至750～770℃。

16、進(jìn)一步地，步驟3中所述輔助工藝為電磁攪拌。

17、進(jìn)一步地，步驟3中輔助工藝處理時(shí)間為3-5min。

18、進(jìn)一步地，所述al-6wt.％tib2前驅(qū)體中，鈦(ti)與硼(b)的摩爾比為2.1。

19、本發(fā)明的另一個(gè)目的還公開了一種tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金在發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)領(lǐng)域的用途。

20、本發(fā)明tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金、其制備方法及用途，與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：

21、1)本發(fā)明合金中添加有tib2，tib2作為一種鑄造用陶瓷相，擁有極高的楊氏模量(e＝565gpa)，僅需9體積百分比的tib2即可顯著提升鋁合金的比剛度e/ρ達(dá)30％以上。此外，tib2納米顆粒還能顯著增強(qiáng)orowan強(qiáng)化機(jī)制，進(jìn)一步提升材料性能。同時(shí)，通過添加ni元素對合金中的富鐵相進(jìn)行改性，不僅能夠提高彈性模量，還能增強(qiáng)材料的整體強(qiáng)度。經(jīng)過調(diào)控的富鐵相能使材料的彈性模量相較于基體提升1.8％-5.1％，而加入tib2顆粒后，材料的彈性模量相較于基體可提高6.4％-9％，滿足了當(dāng)前市場對al合金彈性模量的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

22、2)本發(fā)明tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金制備方法工藝簡潔，且所需原料易于獲取，這不僅簡化了生產(chǎn)流程，還降低了成本，使得這種高性能合金的商業(yè)化生產(chǎn)成為可能。

技術(shù)特征：

1.一種tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金，其特征在于，其中，si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5wt.％-9.5wt.％；fe元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7wt.％-0.9wt.％；ni元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8wt.％-2.1wt.％；tib2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8wt.％-4.2wt.％；余量為al。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金，其特征在于，鈦和硼形成tib2中間相，這種中間相以顆粒形態(tài)存在，其顆粒大小為200nm–1μm。

3.一種權(quán)利要求1或2所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金的制備方法，其特征在于，步驟3所述坩堝為石墨黏土坩堝。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金的制備方法，其特征在于，步驟3所述熔煉加熱至750～770℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金的制備方法，其特征在于，步驟3中所述輔助工藝為電磁攪拌。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金的制備方法，其特征在于，步驟3中輔助工藝處理時(shí)間為3-5min。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金的制備方法，其特征在于，所述al-6wt.％tib2前驅(qū)體中，鈦與硼的摩爾比介于1.8到2.5之間。

9.一種權(quán)利要求1所述tib2增強(qiáng)高模量al-si-ni-fe合金在發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)領(lǐng)域的用途。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種TiB<subgt;2</subgt;增強(qiáng)高模量Al?Si?Ni?Fe合金、其制備方法及用途，本發(fā)明TiB<subgt;2</subgt;增強(qiáng)高模量Al?Si?Ni?Fe合金中，Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5wt.％?9.5wt.％；Fe元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7wt.％?0.9wt.％；Ni元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8wt.％?2.1wt.％；TiB<subgt;2</subgt;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8wt.％?4.2wt.％；余量為Al。本發(fā)明還公開了TiB<subgt;2</subgt;增強(qiáng)高模量Al?Si?Ni?Fe合金的制備方法。本發(fā)明TiB<subgt;2</subgt;增強(qiáng)高模量Al?Si?Ni?Fe合金彈性模量高達(dá)83Gpa，能滿足市場對Al合金彈性模量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，在發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)領(lǐng)域具有非常良好的應(yīng)用前景和大規(guī)模工業(yè)化推廣潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：王同敏,陳宗寧,康慧君,郭恩宇,劉鵬宇,周東虎,趙凱,張宇博,張至柔,咸經(jīng)緯,辛同正,王明亮,接金川,盧一平,曹志強(qiáng),李廷舉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6