專利名稱：一種噴射沉積高硅鋁合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種噴射沉積高鋁硅合金的方法，實現(xiàn)了組織和性能的改善，適用于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
Al-Si系中的高Si鋁合金因其具有低的熱膨脹系數(shù)、高的彈性模量和良好的耐磨性在汽車工業(yè)、電子工業(yè)和航空航天業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，采用傳統(tǒng)的鑄造工藝生產(chǎn)過共晶Al-Si合金時，粗大的Si相嚴(yán)重割裂了基體的連續(xù)性，使合金的強度、韌性顯著下降。提高冷卻速度可以有效地改變過共晶Al-Si合金中初晶Si相的形態(tài)和分布，顯著改善了合金的性能。噴射成形快速凝固高硅鋁合金具有晶粒細(xì)小、組織均勻、無宏觀偏析、致密度高、經(jīng)濟性好、氧化程度低等諸多優(yōu)點，是一種具有良好應(yīng)用前景的材料。
為了改善鋁硅合金的組織與性能，常常加入合金元素Cu、Mg、Fe、Ni、Mn、等，其中Cu、Mg的主要作用是提高常溫強度，而Fe、Ni、Mn等主要改善合金的熱穩(wěn)定性，使合金可用作高溫下使用的材料。J Zhou等人在《Journal ofmaterials science》(1991；265275)上發(fā)表了題目為“As-spray-deposited structure ofan Al-20Si-5Fe Osprey preform and its development during subsequent processing”的文章，他們的研究表明，噴射沉積Al-20Si-5Fe合金組織中形成了大量的針狀A(yù)l-Si-Fe金屬間化合物。袁曉光等人在《金屬學(xué)報》(1997；vol.33 No.3248)發(fā)表了“噴射沉積Al-Si-Fe-Cu-Mg合金的微觀組織和力學(xué)性能”的文章，他們的研究結(jié)果證實了合金組織中同樣形成了針狀的Al-Si-Fe金屬間化合物，它們的存在顯著地提高了合金的高溫強度(300℃)和熱穩(wěn)定性。但是，針狀金屬間化合物的數(shù)量、尺寸和形狀對合金的斷裂韌性、疲勞強度和后續(xù)加工性能十分不利，所以，改變針狀金屬間化合物的形態(tài)是必要的。
在噴射沉積過共晶Al-Si-Fe-Cu-Mg合金中加入Mn元素，利用Mn與Fe的化學(xué)中和作用，可以形成顆粒狀的Al13(FeMn)3Si2四元化合物，當(dāng)合金中Mn/Fe(重量百分比)＝0.5～1時，針狀的Al-Si-Fe金屬間化合物被顆粒狀的Al15(FeMn)3Si2所代替，從而避免了針狀金屬間化合物對合金的力學(xué)性能和后續(xù)加工性能的影響，而且提高了合金的高溫強度和組織穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的在于提供一種噴射沉積高鋁硅合金的方法，實現(xiàn)組織和性能的改善，將Fe、Mn元素加入過共晶鋁硅合金中，在噴射沉積快速凝固條件下提高合金高溫強度和熱穩(wěn)定性的同時，避免了針狀金屬間化合物的出現(xiàn)。
本發(fā)明的構(gòu)成采用噴射沉積技術(shù)制備過共晶Al-(16～45％)Si合金時，加入Fe、Mn元素可提高合金的使用性能，當(dāng)Mn/Fe(重量百分?jǐn)?shù))為0.5～1時，合金組織中形成了顆粒狀的金屬間化合物Al15(FeMn)3Si2，消除了單純加Fe時形成的針狀的Al-Si-Fe化合物。噴射沉積的工藝參數(shù)如下
本發(fā)明的優(yōu)點在于在保證噴射沉積過共晶鋁硅合金具有低的熱膨脹系數(shù)、高的彈性模量和良好的耐磨性的同時，加入合金元素Fe、Mn可以改善合金的熱穩(wěn)定性，消除了單純加Fe時形成的對材料性能不利的針狀A(yù)l-Si-Fe金屬間化合物。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明

圖1是本發(fā)明噴射沉積過共晶Al-Si合金的微觀組織，掃描電子圖像。其中(a)Al-20Si-5Fe-3Cu-lMg，(b)Al-20Si-5Fe-3Mn-3Cu-1Mg。
實施例1利用噴射沉積快速凝固技術(shù)制備Al-20Si-5Fe-3Cu-1Mg合金時，組織中形成了大量針狀的金屬間化合物。在合金中加入1％Mn時，部分針狀金屬間化合物轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀；當(dāng)Mn含量達(dá)到3％(Mn/Fe＝0.6)時，針狀的Al-Si-Fe金屬間化合物轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀的Al-Si-Fe-Mn四元化合物，從而消除了針狀相對材料斷裂韌性、疲勞性能和后續(xù)加工性能的不利影響。圖1為噴射沉積Al-20Si-5Fe-3Cu-1Mg和Al-20Si-5Fe-3Mn-3Cu-1Mg合金的掃描電子圖像。
實施例2Al-22Si-5Fe-3Cu-1Mg合金中加入3％Mn，在噴射沉積快速凝固條件下，制備的合金沉積坯經(jīng)400℃熱擠壓(擠壓比為10∶1)和T6熱處理后，在300℃下的斷裂強度達(dá)324MPa，與相同工藝條件下制備的Al-22Si-5Fe-3Cu-1Mg合金相比，斷裂強度提高了50MPa。
權(quán)利要求
1.一種噴射沉積高硅鋁合金的方法，其特征在于采用噴射沉積技術(shù)制備過共晶Al-(16～45％)Si合金時，加入Fe、Mn元素，Mn/Fe的重量百分?jǐn)?shù)為0.5～1，合金組織中形成了顆粒狀的金屬間化合物Al15(FeMn)3Si2，消除了單純加Fe時形成的針狀的Al-Si-Fe化合物；噴射沉積的工藝參數(shù)為霧化氣體氮氣，霧化壓力0.5～0.9Mpa，熔體過熱度150～300℃，沉積距離350～450mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改善噴射沉積過共晶鋁硅合金組織和性能的新方法,適用于材料制備技術(shù)領(lǐng)域,涉及噴射沉積過共晶鋁硅合金的制備工藝。特征在于:采用噴射沉積技術(shù)制備過共晶Al－(16～45%)Si合金時,加入Fe、Mn元素,Mn/Fe的重量百分?jǐn)?shù)為0.5～1,合金組織中形成了顆粒狀的金屬間化合物Al
文檔編號C22C1/00GK1345983SQ00124660
公開日2002年4月24日 申請日期2000年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者張濟山, 王 鋒, 楊濱, 崔華, 段先進 申請人:北京科技大學(xué)