專利名稱:一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高硅鋁合金產(chǎn)品的制備方法。
背景技術(shù)：
超高硅鋁合金是國外最新發(fā)展起來的一種新型鋁合金，由于其輕質(zhì)、低膨脹、高導(dǎo)熱、耐磨性好等優(yōu)良性質(zhì)而廣泛地應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿、電子封裝、計(jì)算機(jī)硬盤基板、尺寸穩(wěn)定性要求高的零件中。根據(jù)鋁硅合金相圖，鋁硅合金可以分為亞共晶鋁硅合金、共晶鋁硅合金及過共晶鋁硅合金，隨著合金中Si元素含量的增加，鋁合金的密度逐漸降低，線膨脹系數(shù)逐漸降低。近年來，國外對(duì)超高硅鋁合金的研究日益增多，其中以美國、德國、日本、臺(tái)灣研究最為活躍，德國Mercedes Benz公司采用過共晶鋁硅合金制造V-6發(fā)動(dòng)機(jī)缸套，以代替現(xiàn)行的鑄鐵缸套取得了很好的效果。與共晶Al-Si合金相比，過共晶Al-Si合金具有高溫強(qiáng)度高、硬度高、耐磨等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于耐磨、耐高溫的鑄件。因此，高硅鋁合金及超高硅鋁合金是未來鋁硅合金的發(fā)展趨勢。超高硅鋁合金的制備方法主要有一、粉末冶金法這種方法工藝復(fù)雜、致密度低且加入硅含量低(低于50％)，日本住友電器公司用傳統(tǒng)的粉末冶金方法生產(chǎn)了40Si60Al(質(zhì)量分?jǐn)?shù))材料CMSHA-40，但其綜合性能指標(biāo)仍不十分理想。二、噴射沉積法美國最近采用噴射沉積和液態(tài)金屬熔滲等方法，英國的Osprey金屬公司采用噴射沉積+熱等靜壓的方法都制備出了綜合性能優(yōu)良的高硅鋁合金，然而這些方法均存在對(duì)設(shè)備要求較高，制造成本昂貴的缺點(diǎn)而使其應(yīng)用受到了極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含硅量高于現(xiàn)有鋁硅合金的超高硅鋁合金，以獲得各方面使用性能更優(yōu)的鋁硅合金，本發(fā)明還提供了加工設(shè)備簡單、制造成本低的超高硅鋁合金的制造方法，以克服現(xiàn)有的制造方法對(duì)設(shè)備要求高和制造成本昂貴的缺點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法硅在整體合金中所占的質(zhì)量百分比為61.6％-70.8％。其步驟為一、將硅粉3裝入模具體4的型腔2之內(nèi)，硅粉半徑為10μm～20μm，沖頭1向下把硅粉3壓制成預(yù)制塊；二、將模具體4預(yù)熱至500℃～600℃，鋁材料加熱至熔化；三、將鋁材料澆注到模具體4內(nèi)；四、通過沖頭1向下施加壓力，使金屬液體鋁浸滲到硅粉3顆粒之間的間隙之中；五、沖頭1向下保持壓力并使模具體4冷卻；六、脫模，取出鋁硅合金的鑄錠；七、鑄錠經(jīng)過高溫退火處理，高溫退火的溫度為345℃～410℃。本發(fā)明的超高硅鋁合金具有含硅量高(61.6％～70.8％質(zhì)量百分比)、低密度(2.4～2.45g/cm3)、高致密(＞98.5％)、低膨脹、低成本等性能。本發(fā)明采用擠壓鑄造方法，強(qiáng)制將硅元素外加到鋁合金中制成超高硅鋁合金。此方法具有制造設(shè)備簡單、成本較低、材料致密度高且均勻性好等特點(diǎn)。它解決了傳統(tǒng)鋁合金硅含量低、熱膨脹系數(shù)大以及現(xiàn)有的超高硅鋁合金制備方法復(fù)雜，生產(chǎn)成本高等問題，可以廣泛應(yīng)用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿、電子封裝、高尺寸穩(wěn)定性儀表零件等領(lǐng)域中。



圖1是本發(fā)明超高硅鋁合金的金相圖，圖2是具體實(shí)施方式
一中制備方法所用模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實(shí)施方式。該鋁合金制備方法所用的裝置(參閱圖2)由沖頭1、模具體4、壓力機(jī)臺(tái)面5和電爐6組成。一種低膨脹超高硅鋁合金，硅在整體合金中所占的質(zhì)量百分比為61.6％-70.8％。一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法一、將硅粉3裝入模具體4的型腔2之內(nèi)，沖頭1向下把硅粉3壓制成預(yù)制塊；二、將模具體4預(yù)熱至500℃～600℃，鋁材料加熱至700℃-800℃；三、將鋁材料澆注到模具體4內(nèi)；四、通過沖頭1向下施加壓力，使金屬液體鋁浸滲到硅粉3顆粒之間的間隙之中；施加的壓力為40MPa～60MPa；五、沖頭1向下保持壓力并使模具體4內(nèi)冷卻；六、脫模，取出鋁硅合金的鑄錠；七、鑄錠經(jīng)過345℃-410℃高溫退火處理。所用硅粉平均半徑為10μm～20μm。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，其制備步驟是一、硅粉裝填將平均粒徑為10μm范圍的硅粉裝入模具體4型腔，裝入515g，根據(jù)硅的比重，把硅粉壓制成相當(dāng)于硅比重65％的預(yù)制塊，預(yù)制塊中密布有孔或縫隙。此時(shí)預(yù)計(jì)體積率(硅體積占整體合金的體積比)為65％；二、預(yù)熱。將裝有硅粉的模具體4在電爐6中加熱至600℃，合金采用LD11鋁合金，LD11鋁合金在另一電爐中加熱至700℃；三、將LD11鋁合金澆注至模具體4之內(nèi)；四、加壓通過沖頭1向下施加壓力，此時(shí)壓力為40MPa；五、保壓冷卻鋁合金液體完全浸滲之后，保持壓力；六、自然冷卻脫模，取出鋁硅合金的鑄錠材料；七、鑄錠經(jīng)過410℃、3個(gè)小時(shí)退火處理。性能測試結(jié)果硅含量為66.2％(重量百分比)，密度為2.42g/cm3，致密度為98.77％，熱膨脹系數(shù)為7.9×10-6/℃，熱導(dǎo)率為100W/(m·K)，彎曲強(qiáng)度為340MPa，彈性模量為114GPa，HB＝310。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，該超高硅鋁合金的制備步驟是一、硅粉裝填將平均粒徑為10μm的硅粉和平均粒徑為20μm的硅粉各50％混合，裝入模具體4內(nèi)，裝入515g，壓實(shí)，此時(shí)預(yù)計(jì)體積率為65％；二、預(yù)熱。將裝有硅粉的模具體4在電爐6中加熱至600℃，LD11鋁合金在另一電爐中加熱至750℃；三、將LD11鋁合金澆注至模具體4內(nèi)；四、通過沖頭1向下施加壓力，此時(shí)壓力為60MPa；五、金屬液體完全浸滲之后，保持壓力；自然冷卻到300℃左右；六、脫模，取出鋁硅合金的鑄錠材料；七、鋁硅合金的鑄錠經(jīng)過410℃、3個(gè)小時(shí)退火處理。性能測試結(jié)果硅含量為66.2％(質(zhì)量百分比)，密度為2.41g/cm3，致密度為98.93％，熱膨脹系數(shù)為8.1×10-6/℃，熱導(dǎo)率為103W/(m·K)，彎曲強(qiáng)度為270MPa，彈性模量為104GPa，HB＝275。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，超高硅鋁合金的制備步驟是一、硅粉裝填將平均粒徑為20μm的硅粉裝入模具體4內(nèi)，裝入515g，壓實(shí)，此時(shí)預(yù)計(jì)體積率為65％；二、將裝有硅粉的模具體4在電爐6中加熱至600℃，LD11鋁合金合金在另一電爐中加熱至750℃，熔化；三、將LD11鋁合金澆注至模具體4內(nèi)；四、通過沖頭1向下施加壓力，此時(shí)壓力為50MPa；五、保持壓力50MPa不變，溫度降至400℃時(shí)卸載；六、脫模，取出鋁硅合金的鑄錠材料；七、鋁硅合金的鑄錠經(jīng)過410℃、3個(gè)小時(shí)退火處理。性能測試結(jié)果Si含量為66.2％(質(zhì)量百分比)，密度為2.42g/cm3，致密度為98.51％，熱膨脹系數(shù)為8.3×10-6/℃，熱導(dǎo)率為105W/(m·K)，彎曲強(qiáng)度為220MPa，彈性模量為100GPa，HB＝270。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，高純鋁合金的制備步驟是一、硅粉裝填將平均粒徑為10μm的硅粉裝入模具體4內(nèi)，裝入515g，壓實(shí)，此時(shí)預(yù)計(jì)體積率為65％。二、預(yù)熱。將裝有硅粉的模具體4在電爐6中加熱至500℃，鋁合金采用LG5純鋁，在另一電爐中加熱至750℃熔化；三、將LG5純鋁澆注至模具體4內(nèi)；四、加壓通過沖頭1向下施加壓力，此時(shí)壓力為40MPa；五、保壓冷卻保持壓力40MPa不變，溫度降至約300℃時(shí)卸載；六、脫模，取出鋁硅合金的鑄錠材料；七、鋁硅合金的鑄錠經(jīng)過410℃、3個(gè)小時(shí)退火處理。性能測試結(jié)果硅含量為61.6％(質(zhì)量百分比)，密度為2.40g/cm3，致密度為98.89％，熱膨脹系數(shù)為7.5×10-6/℃，熱導(dǎo)率為110W/(m·K)，彎曲強(qiáng)度為275MPa，彈性模量為112GPa，HB＝270。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，高純鋁合金的制備步驟是一、硅粉裝填將平均粒徑為10μm的硅粉裝入模具體4，裝入555g，壓實(shí)，此時(shí)預(yù)計(jì)體積率為70％。二、預(yù)熱。將裝有硅粉的模具體4在電爐6中加熱至600℃，鋁合金采用LD11，在另一電爐中加熱至750℃熔化；三、將LD11鋁合金澆注至模具體4內(nèi)；四、加壓通過沖頭1向下施加壓力，此時(shí)壓力為40MPa；五、保壓冷卻保持壓力40MPa不變，溫度降至約300℃時(shí)卸載；六、脫模，取出鋁硅合金的鑄錠材料；七、鋁硅合金的鑄錠經(jīng)過410℃、3個(gè)小時(shí)退火處理。性能測試結(jié)果硅含量為70.8％(質(zhì)量百分比)，密度為2.40g/cm3，致密度為99.42％，熱膨脹系數(shù)為7.4×10-6/℃，熱導(dǎo)率為110W/(m·K)，彎曲強(qiáng)度為338MPa，彈性模量為110Gpa，HB＝282。
權(quán)利要求
1.一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法，其特征是硅在整體合金中所占的質(zhì)量百分比為61.6％-70.8％；步驟為一、將硅粉(3)裝入模具體(4)的型腔(2)之內(nèi)，硅粉半徑為10μm～20μm，沖頭(1)向下把硅粉(3)壓制成預(yù)制塊；二、將模具體(4)預(yù)熱至500℃～600℃，鋁材料加熱至熔化；三、將鋁材料澆注到模具體(4)內(nèi)；四、通過沖頭(1)向下施加壓力，使金屬液體鋁浸滲到硅粉(3)顆粒之間的間隙之中；五、沖頭(1)向下保持壓力并使模具體(4)冷卻；六、脫模，取出鋁硅合金的鑄錠；七、鑄錠經(jīng)過高溫退火處理，高溫退火的溫度為345℃～410℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法，其特征是在步驟四中，沖頭(1)向下施加的壓力為40MPa～60MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法，其特征是在步驟一中，硅粉粒徑10μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法，其特征是在步驟一中，硅粉粒徑20μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法，其特征是在步驟二中，鋁材料的加熱溫度750℃。
專利摘要
本發(fā)明公開一種超高硅鋁合金產(chǎn)品的制備方法——一種低膨脹超高硅鋁合金的制備方法。硅在整體合金中所占的質(zhì)量百分比為61.6%-70.8%。制備方法，一、將硅粉(3)裝入模具體(4)的型腔(2)之內(nèi)，沖頭(1)向下把硅粉(3)壓制成預(yù)制塊；二、將模具體(4)預(yù)熱至500℃～600℃，鋁材料加熱至熔化；三、將鋁材料澆注到模具體(4)內(nèi)；四、通過沖頭(1)向下施加壓力；五、沖頭(1)向下保持壓力并使模具體(4)冷卻；六、脫模；七、鑄錠經(jīng)過高溫退火處理。本發(fā)明的超高硅鋁合金具有含硅量高、低密度、高致密低膨脹等性能。本發(fā)明采用擠壓鑄造方法，強(qiáng)制將硅元素外加到鋁合金中制成超高硅鋁合金。此方法具有制造設(shè)備簡單、成本較低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C21/02GKCN1279197SQ200410043855
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年9月8日
發(fā)明者武高輝, 修子揚(yáng), 張強(qiáng), 姜龍濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan