专利名称：过共晶A1－Mg的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种Sr-Ce复合细化处理工艺，特别是一种过共晶Al-Mg2Si-Si合金的Sr-Ce复合细化处理工艺，属于复合材料领域。
背景技术：
以过共晶Al-Mg2Si-Si合金为代表的自生Mg2Si颗粒增强Al合金基复合材料，因在注重材料轻量化的领域中有着良好的应用潜力，近年来引起了人们广泛的研究。但在此复合材料的组织中，Mg2Si的树枝晶生长趋势随着冷却速度的增加而急剧增大，导致自生Mg2Si增强体的平均尺寸较大(25μm以上)。
目前实际应用于Al/Mg2Si/Si体系的细化措施，包括复合盐(NaCl+NaF+KCl)，磷细化剂(NaCl+NaF+P)以及Ti+P细化剂，都不能显著抑制Mg2Si增强体的树枝晶生长倾向，自生Mg2Si增强体的平均尺寸在20μm以上，细化效果不显著。当合金的冷却速度增加时，Mg2Si的树枝晶生长仍是阻碍其尺寸降低的主要因素，限制材料拉伸性能的提高。
经文献检索发现，复合盐(NaCl+NaF+KCl)细化措施[J.ZHANG，Z.FAN，Y.Q.WANG，et al.Effect of cooling rate on the microstructure of hypereutecticAl-Mg2Si alloys.(冷却速度对Al-Mg2Si过共晶合金微观组织的影响)J Mater SciLett(材料科学简报)，2000，191825～1828.]是目前普遍使用的处理方式，其中NaCl∶NaF∶KCl＝3∶7∶2，加入的重量百分比为10％，并在800℃保温10分钟，经C2Cl6精练处理后方可浇注铸件。随着冷却速度的提高，复合盐细化措施虽然能够降低增强体二次枝晶臂的尺寸，但其一次枝晶十分巨大(100μm以上)，显然复合材料未能得到有效的细化，其关键问题是上述细化措施不能有效抑制增强体的树枝晶生长倾向，并且增强体以树枝晶的形态出现也难以满足金属基复合材料颗粒增强的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种过共晶Al-Mg2Si-Si合金的Sr-Ce复合细化处理工艺，使材料中增强体的树枝晶生长得到完全的抑制，在显著降低增强体尺寸的同时，还可改善增强体的形态，从而使这种复合材料更加适用于颗粒增强金属基复合材料的应用领域。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用金属Sr和稀土Ce元素所组成的复合添加剂，其中Ce的重量百分比为0.1～1.3.％，Sr的重量百分比为0.6～0.8％，Sr∶Ce＝0.5～2.0，处理过共晶Al-Mg2Si-Si合金熔体，能够完全抑制自生Mg2Si增强体的树枝晶生长趋势，进而突破树枝晶生长趋势对增强体尺寸减小的限制。最终在合金铸件的凝固组织中可以获得大量的短棒状细小Mg2Si增强颗粒，合金组织的细化程度及均匀程度都大为提高。
以下对本发明作进一步的描述，方法步骤如下(1)在电阻炉加热的石墨坩埚中熔融过共晶Al-Mg2Si-Si合金，熔融温度为780℃；(2)待合金完全熔化后，Sr-Ce复合添加剂以Al-Sr和Al-Ce中间合金或含Sr、Ce元素的复合盐类的载体加入，加入量控制在Ce的重量百分比为0.1～1.3.％，Sr的重量百分比为0.6～0.8％；(3)保温15～30分钟后，在金属铸型冷却速度大于20℃/s的条件下，浇注合金形成铸件。
复合添加剂加入过共晶Al-Mg2Si-Si合金熔体，熔体的过热度为50～150℃。复合添加剂可以有多种载体形式，如中间合金、盐类等。
采用Sr-Re复合添加剂对合金熔体进行处理后，增强体在形态和尺寸方面都出现了显著的变化。在形态方面，铸件中无Mg2Si树枝晶，增强体完全以颗粒的形式出现，并且颗粒形态的改变不受冷却速度的影响。在尺寸方面，由于凝固组织中出现大量的短棒状的Mg2Si增强体，增强颗粒的平均尺寸明显下降，平均为15μm以下。
合金凝固组织细化和变质效果随复合添加剂的加入量、铸件冷却速度的增加而逐渐加强，具体表现为大颗粒体积分数随复合添加剂加入量的增加而逐渐减少，短棒状小颗粒的体积分数随冷却速度的增加而迅速增加。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用Sr-Ce复合添加剂处理过共晶Al-Mg2Si-Si合金，能够完全抑制自生Mg2Si的树枝晶生长趋势，从而显著降低增强体的尺寸(15μm以下)，并且改善增强体的形态，在合金的凝固组织中产生大量的短棒状Mg2Si增强体，使这种材料更加符合颗粒增强金属基复合材料的应用领域。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例实施例一利用含Sr、Ce的复合盐类对Al-15％Mg2Si-5％Si过共晶合金进行复合细化处理，Ce的重量百分比为0.4％，Sr的重量百分比为0.8％，Sr∶Ce＝2.0。合金浇注成型时冷却速度为22.3℃/s对铸件凝固组织的金相测量表明，大尺寸增强体的平均体积分数为3.6％，小尺寸的棒状增强体的平均体积分数为4.9％，增强颗粒按其体积分数的加权平均粒径为21.7μm。这比不经细化处理的Al-15wt.％Mg2Si-5wt.％Si过共晶母合金中的增强体平均粒径减小5.3μm。
实施例二利用Al-Sr及Al-Ce中间合金对Al-15wt.％Mg2Si-5wt.％Si过共晶合金进行复合细化处理，Ce的重量百分比为0.7％，Sr的重量百分比为0.7％，Sr∶Ce＝1.0。合金浇注成型时冷却速度大于27.1℃/s。对铸件凝固组织的金相测量表明，大尺寸增强体的平均体积分数为1.2％，小尺寸的棒状增强体的平均体积分数为6.8％，增强颗粒按其体积分数的加权平均粒径为15.2μm。这比不经细化处理的Al-15wt.％Mg2Si-5wt.％Si过共晶母合金中的增强体平均粒径减小11.8μm。
实施例三利用Al-Sr及Al-Ce中间合金对Al-15wt.％Mg2Si-5wt.％Si过共晶合金进行复合细化处理，Ce的重量百分比为1.0％，Sr的重量百分比为0.6％，Sr∶Ce比值为0.6。合金浇注成型时冷却速度大于31.2℃/s。对铸件凝固组织的金相测量表明，合金中已不出现大尺寸增强体，小尺寸的棒状增强体的平均体积分数为12.5％，增强颗粒的平均粒径为12.4μm。这比不经细化处理的Al-15wt.％Mg2Si-5wt.％Si过共晶母合金中的增强体平均粒径减小14.6μm。
权利要求
1.一种过共晶Al-Mg2Si-Si合金的Sr-Ce复合细化处理工艺，其特征在于，采用金属Sr和稀土Ce元素所组成的复合添加剂，其中Ce的重量百分比为0.1～1.3.％，Sr的重量百分比为0.6～0.8％，处理过共晶Al-Mg2Si-Si合金熔体，最终显著细化Mg2Si增强颗粒。
2.根据权利要求1所述的过共晶Al-Mg2Si-Si合金的Sr-Ce复合细化处理工艺，其特征是，方法步骤如下(1)在电阻炉加热的石墨坩埚中熔融过共晶Al-Mg2Si-Si合金，熔融温度为780℃；(2)待合金完全熔化后，Sr-Ce复合添加剂以Al-Sr和Al-Ce中间合金或含Sr、Ce元素的复合盐类的形式加入，加入量控制在Ce的重量百分比为0.1～1.3.％，Sr的重量百分比为0.6～0.8％；(3)保温15～30分钟后，在金属铸型冷却速度大于20℃/s的条件下，浇注合金形成铸件。
3.根据权利要求1或2所述的过共晶Al-Mg2Si-Si合金的Sr-Ce复合细化处理工艺，其特征是，复合添加剂加入过共晶Al-Mg2Si-Si合金熔体，熔体的过热度为50～150℃。
4.根据权利要求1或2或3所述的过共晶Al-Mg2Si-Si合金的Sr-Ce复合细化处理工艺，其特征是，复合添加剂有多种存在形式，如中间合金、盐类。
全文摘要
一种过共晶Al－Mg
文档编号B22D21/04GK1472355SQ03116988
公开日2004年2月4日 申请日期2003年5月16日 优先权日2003年5月16日
发明者李赤枫, 王俊, 李克, 疏达, 孙宝德 申请人:上海交通大学