本發(fā)明涉及壓鑄鋁合金，具體涉及一種稀土改性抗熱裂壓鑄鋁合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，鋁合金材料因其輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特性，在汽車制造和3c電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。特別是隨著對(duì)節(jié)能減排、提升效率的需求日益增加，輕質(zhì)高性能材料的研發(fā)和應(yīng)用受到重視。其中，壓鑄鋁合金因其良好的生產(chǎn)效率和力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用，但傳統(tǒng)壓鑄鋁合金由于熔點(diǎn)過低，無法進(jìn)行釬焊工藝，釬焊性能不佳，限制了壓鑄鋁合金的推廣應(yīng)用。

2、為了解決這些問題，提升壓鑄鋁合金的可釬焊性愈發(fā)重視起來，越來越多的企業(yè)和高校參與其中。然而，盡管現(xiàn)階段通過元素的調(diào)整能夠提高壓鑄鋁合金的固相線溫度以滿足釬焊工藝，但同時(shí)犧牲了部分的壓鑄性和抗熱裂性，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格，依舊無法滿足某些高精度裝配或密封要求的產(chǎn)品需求。

3、專利cn117210725a公布了一種可釬焊低導(dǎo)熱系數(shù)高壓壓鑄鋁合金，其元素包括：最多0.5質(zhì)量％的硅；優(yōu)選為最多0.2質(zhì)量％的硅；最多2質(zhì)量％的鐵，優(yōu)選為最多0.5質(zhì)量％的鐵；最多0.3質(zhì)量％的銅；最多0.3質(zhì)量％的鋅；最多0.85質(zhì)量％的錳；優(yōu)選為最多0.35質(zhì)量％的錳；最多0.6質(zhì)量％的鉻；優(yōu)選為最多0.5質(zhì)量％的鉻；最多0.9質(zhì)量％的鎂；優(yōu)選為最多0.8質(zhì)量％的鎂；最多0.15質(zhì)量％的鈦；最多1?.5質(zhì)量％的鎳；優(yōu)選為最多0.1質(zhì)量％的鎳；5～15質(zhì)量％的稀土；稀土優(yōu)選為鈰、鑭、鐠中的一種或幾種；最多0.5質(zhì)量％的鉬；優(yōu)選為最多0.2質(zhì)量％的鉬；并且上述各個(gè)元素至少含有兩種以上，余量為al。該技術(shù)中fe含量＜2.0%，優(yōu)選＜0.5%，ni含量＜1.5，優(yōu)選＜0.1%，mn含量＜0.85%，優(yōu)選＜0.35%，cr含量＜0.6%。該技術(shù)中提出fe主要是為增加脫模性，但會(huì)降低導(dǎo)熱，優(yōu)選為＜0.5%。mn和cr的作用為為降低導(dǎo)電導(dǎo)熱，細(xì)化再結(jié)晶晶粒，減少fe的有害影響。該技術(shù)中添加fe、mn、cr的主要目的是圍繞產(chǎn)品導(dǎo)熱系數(shù)與元素添加量相互關(guān)系，盡管其抗拉強(qiáng)度可達(dá)230mpa，屈服強(qiáng)度可達(dá)115mpa，延伸率可達(dá)5.6%，但由于對(duì)于熱裂影響大的元素如cu、mg未管控以及高熔點(diǎn)元素fe、ni、mn整體含量過高，在實(shí)際的壓鑄以及釬焊過程中，在一些薄壁或是厚薄過渡區(qū)域易產(chǎn)生開裂，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)復(fù)雜零件時(shí)難以取得良好的工藝效果和質(zhì)量保證。

4、專利cn116377262a公布了一種可用于釬焊的高壓壓鑄鋁合金的制作方法，其元素包括：最多0.5重量％的硅；最多0.5重量％的鐵；最多0.3重量％的銅；最多0.3重量％的鋅；0.6～1.5重量％的錳；最多0.2重量％的鉻；0.3～1?.0重量％的鎂；最多0.05重量％的鈦；5.0～12.0重量％的稀土；其中稀土：3*mn控制在2.0～3.8之間。通過fe的加入形成al-fe共晶增加材料流動(dòng)性，mn的加入改變fe相形態(tài)并減少粘模現(xiàn)象，re的加入提升強(qiáng)度以及細(xì)化晶粒，mg的加入提升力學(xué)性能。眾所周知，少量mn在鋁合金中可以使得長(zhǎng)針狀的β-fe轉(zhuǎn)變?yōu)閴K狀的al（fe，mn）相，該技術(shù)fe含量較少，過量的mn會(huì)形成粗大的mn相反而影響材料的流動(dòng)性，mg元素的添加會(huì)增加合金在凝固末期出現(xiàn)晶界開裂趨勢(shì)，熱裂敏感性明顯增加，且隨著壁厚的不同通過mg進(jìn)行強(qiáng)化的產(chǎn)品性能波動(dòng)大，這些問題容易導(dǎo)致壓后產(chǎn)品開裂驗(yàn)證，性能不均。同時(shí)，由于產(chǎn)品需要經(jīng)過釬焊工藝，該技術(shù)中mg含量高達(dá)0.3-1.0%，mg含量過高（＞0.35%）的鋁合金不適用于行業(yè)普遍使用的氟鋁酸鉀（nocolok）釬焊工藝進(jìn)行釬焊，這是由于釬焊中的釬劑高溫下會(huì)和mg元素發(fā)生毒化反應(yīng)，導(dǎo)致釬劑失活，釬焊效果差，故該專利無法適用于精密部件或是常規(guī)釬焊工藝產(chǎn)品的生產(chǎn)，具有相應(yīng)的局限性。

5、因此，開發(fā)一種兼具優(yōu)異壓鑄性、抗熱裂性和良好釬焊性能壓鑄鋁合金，不僅可以在現(xiàn)有的汽車制造領(lǐng)域如流道板、熱交換模組發(fā)揮作用，也可以在3c電子產(chǎn)品領(lǐng)域的電子結(jié)構(gòu)件中滿足輕量化和高精度組裝的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種稀土改性抗熱裂壓鑄鋁合金及其制備方法，本發(fā)明通過特定的稀土元素改性工藝，開發(fā)一種在耐熱裂、釬焊性能及壓鑄性方面均表現(xiàn)優(yōu)異的稀土改性鋁合金，以滿足行業(yè)對(duì)材料的高性能需求。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種稀土改性抗熱裂壓鑄鋁合金，該壓鑄鋁合金的成分包括：ce：0.01-8.17?wt％；la?：0.01-8.13wt％；ga?：0.001-0.65wt％；fe：0.05-1.2wt％；mn：0.005-1.5wt％；cr：0.005-0.3wt％；ni：0.001-0.4wt％；mg：0.005-0.31wt％；si：0.05-0.5wt％；zn：0.009-0.35wt％；zr：0.01-0.21wt％；ti：0.01-0.25w％；b：0.001-0.1wt％；其余雜質(zhì)的重量百分比之和控制在0.5wt％以下，余量為al；

3、其中mg與si的質(zhì)量比為0.1~1.73:1。

4、進(jìn)一步地，所述的壓鑄鋁合金在鑄態(tài)未經(jīng)熱處理時(shí)包括至少50mpa的屈服強(qiáng)度，15%的延伸率以及12-31ms/m的導(dǎo)電系數(shù)；

5、所述壓鑄鋁合金在600℃下熱處理30min后包括至少40mpa的屈服強(qiáng)度，15%的延伸率以及13-32ms/m的導(dǎo)電系數(shù)；

6、所述壓鑄鋁合金在澆鑄狀態(tài)下熱裂傾向性因子hts低于5。

7、進(jìn)一步地，ce+la+ga的質(zhì)量百分含量為6~12%，即三種稀土元素用量之和在合金中的含量為6~12%。

8、進(jìn)一步地，所述的mg與si的質(zhì)量比為0.17~1.13:1。

9、進(jìn)一步地，所述壓鑄鋁合金的合金組織結(jié)構(gòu)包括α-al和al-re共晶組織構(gòu)成；

10、其中，所述共晶組織主要包括α-al相，al11ce3相，al11la3相、mg2si相、al3zr相、alfeni相和多元al（fe，mn，cr，re）相。

11、進(jìn)一步地，所述的壓鑄鋁合金的成分包括：ce：0.01-8.17?wt％；la?：0.01-8.13wt％；ga?：0.001-0.65wt％；fe：0.07-0.81wt％；mn：0.006-1.28wt％；cr：0.008-0.21wt％；ni：0.001-0.37wt％；mg：0.02-0.31wt％；si：0.08-0.3wt％；zn：0.009-0.2wt％；zr：0.01-0.21wt％；ti：0.08-0.2w％；b：0.016-0.036wt％；其余雜質(zhì)的重量百分比之和控制在0.5wt％以下，余量為al。

12、本發(fā)明還提供?一種稀土改性抗熱裂壓鑄鋁合金的制備方法，該方法包括以下步驟：

13、步驟s1：先按照質(zhì)量配比稱取純al原料、mg錠、zn錠、al-si、al-fe、al-zr、al-ni、al-mn、al-cr、al-la、al-ce、al-ga和al-ti-b合金；

14、步驟s2：首先將純al元素投入加熱爐，加熱至680℃得到熔融鋁液，待鋁液金屬完全熔化后靜置保溫20-30min；

15、步驟s3：升溫至780℃，按比例加入al-si、al-fe，al-cr、al-mn、al-zr、al-ni、至鋁液，待其完全溶解；

16、步驟s4：降溫至750℃，加入al-ce、al-la、al-ga、al-ti-b中間合金，保溫20~30min；

17、步驟s5：降溫至720℃，加入mg錠、zn錠，保溫15-20min后進(jìn)行除氣精煉；

18、步驟s6：澆注小樣進(jìn)行成分分析，合格后將熔體送入成型設(shè)備中成型得到所述稀土改性抗熱裂壓鑄鋁合金。

19、進(jìn)一步地，所述成型設(shè)備為真空壓鑄機(jī)，成型具體步驟為：將合格的精煉熔體在720-740℃再次融化并保溫，保溫時(shí)通入保護(hù)性氣體與空氣隔絕，然后注入壓鑄模具進(jìn)行壓鑄，得到稀土改性抗熱裂壓鑄鋁合金。

20、進(jìn)一步地，所述的稀土改性抗熱裂壓鑄鋁合金的固相線高于620℃，可耐受580-620℃高溫釬焊，具有良好的可釬焊性。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

22、1)?本發(fā)明通過si和zn的設(shè)計(jì)添加，有效提升材料釬焊過程中的釬劑流動(dòng)性以及材料焊后力學(xué)性能。si與zn的設(shè)計(jì)添加具體功效為：1）現(xiàn)階段市售釬劑以氟鋁酸鉀（nocolok）為主，zn和si的添加可以提升氟鋁酸鉀的活性，增強(qiáng)釬劑與基材、釬料之間的傳質(zhì)作用，進(jìn)一步降低釬料與基材之間的張力從而提高材料流動(dòng)性，但由于si明顯降低液相線溫度，故控制在0.05-0.5%較為合適；2）由于釬焊溫度較高（＞580℃），在如此高溫下壓鑄后材料基體中的析出相均會(huì)回溶到鋁基體中，析出相強(qiáng)化效果消失，焊后性能衰減及其明顯。本發(fā)明考慮利用焊后si與mg、cu的自然時(shí)效提升材料力學(xué)性能，本發(fā)明中si與mg的比值控制在0.1~1.73:1，避免多余mg與釬劑氟鋁酸鉀發(fā)生毒化反應(yīng)而減弱釬劑的保護(hù)作用，保證釬焊效果。同時(shí)通過少量zn的加入，刺激溶質(zhì)團(tuán)簇gp區(qū)向預(yù)析出沉淀相的轉(zhuǎn)變，在釬焊后的放置過程中形成高密度且分布均勻的溶質(zhì)團(tuán)簇，該些團(tuán)簇可以作為預(yù)析出β″相和q相的核心，提升了時(shí)效相應(yīng)gp區(qū)的分布密度和析出速率，有效避免了釬焊后材料出現(xiàn)力學(xué)性能衰減的問題。

23、2)?本發(fā)明以al-re共晶組織為主，所添加ce、la和ga均為低熔點(diǎn)共晶型稀土，通過多元化稀土的聯(lián)合添加有效降低鋁合金的液相線溫度，液相線的降低可以有效降低澆注溫度，減少吸氣量，凈化鋁液同時(shí)降低鋁液表面張力，提升鋁液流動(dòng)性。稀土過量容易產(chǎn)生粗大稀土相反而影響材料力學(xué)性能，稀土過少形成的共晶組織對(duì)鋁液流動(dòng)性提升效果差，過多稀土則超過多元共晶點(diǎn)導(dǎo)致大塊稀土析出相出現(xiàn)，反而影響合金流動(dòng)性，經(jīng)發(fā)明人多次驗(yàn)證，在6-12%范圍內(nèi)可以得到較窄的固液相區(qū)間和較好的壓鑄效果。

24、3)?為進(jìn)一步減少粘模，提升材料壓鑄性，合金中加入fe元素，由于成分梯度的存在，高fe成分降低了鐵滲透進(jìn)鋁液的速度，減少鋁液與模具鋼之間的冶金反應(yīng)程度。相較于傳統(tǒng)通過mn和cr對(duì)fe相的變質(zhì)相比，本技術(shù)創(chuàng)新通過mn、ni和cr的聯(lián)合補(bǔ)充添加，起到對(duì)fe元素形貌的變質(zhì)和彌散化作用，通過ni、mn和cr在fe相表面的沉積，使得fe原子擴(kuò)散減弱，從而轉(zhuǎn)變fe相分布形態(tài)，使得fe相呈彌散相分布。這種彌散性相的分布，相較于單靠mn/cr進(jìn)行變質(zhì)的塊狀相相比，具有更好的流動(dòng)性和組織均勻性。

25、4）本發(fā)明通過zr元素設(shè)計(jì)添加，通過鋁基體中形成彌散分布的al3zr，阻止釬焊過程中晶粒的長(zhǎng)大，從而保證焊后的力學(xué)性能。由于al3zr是高溫難溶相，在釬焊溫度下該析出相依舊呈較低的固溶度，且分布呈彌散性，這種分布可以有效對(duì)晶界起到釘扎作用，阻礙高溫下晶粒的增長(zhǎng)，從而有效降低釬焊過程中晶粒組織的粗化現(xiàn)象，保證焊后產(chǎn)品力學(xué)性能的可靠性。