本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及一种复合细化变质SiO2/富Fe铝基复合材料的方法。
背景技术：
铝及其合金质量轻、强度高、耐腐蚀性能优异、导电性能和成型性能好，成为广泛应用的金属材料之一，是仅次于钢铁材料的第二大金属结构材料。高含量的铝合金中主要存在三元相α-Fe相和β-Fe相，其中α-Fe相呈汉字状，具有复杂旋绕的枝晶，对铝合金性能的危害较小。而β-Fe相在铝合金中呈粗大的针片状，对基体有严重的割裂作用。
亚共晶铝硅合金的密度低，铸造性能好，力学性能高，能铸造复杂形状的高强度铸件，其在汽车、航空航天等行业得到广泛的应用。对于未变质的铝硅合金，共晶硅相呈粗大片状或块状结构，且比较脆，在相的尖端和棱角处引起应力集中，早期的裂纹容易在此处产生，力学性能特别是塑性显著降低。
为进一步改善铝合金性能，通过外加或者内生反应法在铝合金基体获得高硬颗粒，即铝基复合材料，是提高铝合金耐磨性和高温力学性能的有效手段。该类型材料往往具有比强度、比刚度高、热膨胀系数小、高温性能好、抗疲劳性能好等优点，近年来已在航空、航天、汽车工业、先进武器制造等领域受到广泛应用。
针对亚共晶铝硅合金的变质主要有Na变质、Sr变质、Sb变质等。目前，工业生产过程中都会对铝硅合金进行变质处理，来改变共晶硅形态，由粗大的片状或针状转变为纤维状，提高合金的力学性能，尤其是延伸率，同时变质对Al-Si合金的收缩行为也有强烈的抑制作用，工业中最常用的变质剂是Sr中间合金和盐。Na盐由于容易衰退和不易控制逐渐被Sr取代，但是研究结果表明，Sr变质剂的加入也伴随着气孔等缺陷的增多，也容易产生过变质现象，降低合金的性能。Sb变质具有不衰退、脱气等优点，但变质效果一般，且相应时间慢。
Mn是变质铝硅合金中Fe相最常见且最有效的变质元素。吴亮等【吴亮，Mn、Sr对铝硅合金中铁相的影响，铸造，2011年12期（60），1185-1189】证实Mn可将β-Fe相由针状转变成细小的鱼骨状，并均匀分布于α-Al枝晶中。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的旨在提供一种复合细化变质高铁SiO2/铝基复合材料的方法得到了具有良好抗拉强度和延伸率的合金，改善了材料的微观组织结构。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种复合细化变质高铁铝硅合金复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）制备SiO2/富Fe铝基复合材料的熔体，在780℃保温反应30min；
（2）对多元复合细化变质剂在200℃进行预热，所述细化变质剂包含Sr、Mn、Al-3Ti-B；
（3）将细化变质剂投入步骤（1）制备的SiO2/富Fe铝基复合材料的熔体中，在温度730-750℃保温15min，并施加机械搅拌。加入C2Cl6进行精炼除气，扒渣后于铜模中浇铸成型；
所述Al-3Ti-B用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料质量的0.1%-0.2%。
所述Sr元素的用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料质量的0.03%-0.12%。
所述Mn元素的用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料中Fe元素质量的0.6%-0.8%。
所述C2Cl6的用量为：SiO2/富Fe铝基复合材料质量的0.15%。
所述多元复合细化变质剂由Al-3Ti-B、Al-10Sr、Al-10Mn中间合金组成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明将对Fe相的细化变质处理与亚共晶Si相的变质处理合为一体，简化了铸造铝合金中相熔体处理工艺，降低了成本，且经大量实验和生产证明，具有非常好的细化变质效果，改善了铝硅合金的性能；
（2）本发明的多元复合细化变质处理方法工艺简单，多元复合细化变质剂成分易于控制，易于实现工业化批量生产；
（3）本发明的多元复合细化变质剂在使用过程中，均无污染物排出，属于环保型技术；
（4）本发明制备的SiO2/富Fe铝基复合材料较基体高铁铝硅合金性能得到了大幅度的提升。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施案例1：
AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备：
本实施案例中的1.5%SiO2/富Fe铝基复合材料的制备技术具体操作方法如下：
1.首先将一定量的富Fe铝硅合金在300℃下预热5min，采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料；
2.将温度升高至780℃，保温20min，待铝硅合金熔化后，将1.5%质量分数的SiO2粉末加入至合金溶液中，进行搅拌，反应30min后取出坩埚，加入C2Cl6进行精炼除气。最后浇铸于铜模之中。空冷后取样观察显微组织，并测试其力学性能。发现，合金中α-Al成粗大枝晶状分布，Fe相则以粗大针片状β-Fe相存在，Si相则以片状，长条针状形式存在。材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为240MPa、210MPa和2.1%。
实施案例2：
AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及变质处理：
本实施案例与实施案例1基本相同，本案例所添加的Mn含量为Fe含量的0.65倍，Sr含量为铝硅复合材料的0.09%。本案例对AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及变质处理的具体操作流程如下：
1.首先将一定量的富Fe铝硅合金在300℃下预热5min，采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料；
2.将温度升高至780℃，保温20min，待铝硅合金熔化后，将1.5%质量分数的SiO2粉末加入至合金溶液中，进行搅拌，反应30min后取出坩埚，加入C2Cl6进行精炼除气；
3.将温度降至730℃-750℃，加入0.9%的Al-10Sr合金以及6.5%的Al-10Mn中间合金，进行搅拌，反应15min中取出，加入C2Cl6进行精炼除气，最后浇铸于铜模之中。空冷后取样观察显微组织，并测试其力学性能。发现，大针片状β-Fe相几乎已经完全转变为汉字状α-Fe相存在，共晶Si相尖端变得圆润化，逐渐向类球状转变，基体晶粒也的到了一定的细化，逐渐向等轴晶转变。材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为280MPa、240MPa和5.2%，较原始复合材料分别提升了16.7%、14.2%以及147.6%。
实施案例3：
AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及复合细化变质处理：
本实施案例与实施案例1基本相同，本案例所添加的Mn含量为Fe含量的0.65倍，Sr含量为铝硅复合材料的0.09%，Al-3Ti-B含量为铝硅复合材料的0.1%。本案例对AlSi9Cu1-1Fe复合材料的制备及复合变质处理的具体操作流程如下：
1.首先将一定量的富Fe铝硅合金在300℃下预热5min，采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料；
2.将温度升高至780℃，保温20min，待铝硅合金熔化后，将1.5%质量分数的SiO2粉末加入至合金溶液中，进行搅拌，反应30min后取出坩埚，加入C2Cl6进行精炼除气；
3.将温度降至730℃-750℃，加入0.9%的Al-10Sr合金、6.5%的Al-10Mn中间合金以及0.1%的Al-3Ti-B合金，进行搅拌，反应15min中取出，加入C2Cl6进行精炼除气，最后浇铸于铜模之中。空冷后取样观察显微组织，并测试其力学性能。发现，大针片状β-Fe相几乎已经完全转变为国字状α-Fe相存在，共晶Si相尖端变得圆润化，逐渐向类球状转变，基体晶粒也的到了显著细化，等轴晶化较细化之前更为明显。材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为290MPa、248MPa和5.7%，较原始复合材料分别提升了20.8%、18.1%以及171.4%。性能提升相当明显。