专利名称：一种低膨胀超高硅铝合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超高硅铝合金产品及其制备方法。
背景技术：
超高硅铝合金是国外最新发展起来的一种新型铝合金，由于其轻质、低膨胀、高导热、耐磨性好等优良性质而广泛地应用于汽车发动机活塞连杆、电子封装、计算机硬盘基板、尺寸稳定性要求高的零件中。根据铝硅合金相图，铝硅合金可以分为亚共晶铝硅合金、共晶铝硅合金及过共晶铝硅合金，随着合金中Si元素含量的增加，铝合金的密度逐渐降低，线膨胀系数逐渐降低。近年来，国外对超高硅铝合金的研究日益增多，其中以美国、德国、日本、台湾研究最为活跃，德国Mercedes Benz公司采用过共晶铝硅合金制造V-6发动机缸套，以代替现行的铸铁缸套取得了很好的效果。与共晶Al-Si合金相比，过共晶Al-Si合金具有高温强度高、硬度高、耐磨等优点，特别适合于耐磨、耐高温的铸件。因此，高硅铝合金及超高硅铝合金是未来铝硅合金的发展趋势。超高硅铝合金的制备方法主要有一、粉末冶金法这种方法工艺复杂、致密度低且加入硅含量低(低于50％)，日本住友电器公司用传统的粉末冶金方法生产了40Si60Al(质量分数)材料CMSHA-40，但其综合性能指标仍不十分理想。二、喷射沉积法美国最近采用喷射沉积和液态金属熔渗等方法，英国的Osprey金属公司采用喷射沉积+热等静压的方法都制备出了综合性能优良的高硅铝合金，然而这些方法均存在对设备要求较高，制造成本昂贵的缺点而使其应用受到了极大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种含硅量高于现有铝硅合金的超高硅铝合金，以获得各方面使用性能更优的铝硅合金，本发明还提供了加工设备简单、制造成本低的超高硅铝合金的制造方法，以克服现有的制造方法对设备要求高和制造成本昂贵的缺点。本发明的技术方案如下一种低膨胀超高硅铝合金，硅在整体合金中所占的质量百分比为61.6％-70.8％。
一种低膨胀超高硅铝合金的制备方法一、将硅粉3装入模具体4的型腔2之内，硅粉半径为10μm～20μm，冲头1向下把硅粉3压制成预制块；二、将模具体4预热至500℃～600℃，铝材料加热至熔化；三、将铝材料浇注到模具体4内；四、通过冲头1向下施加压力，使金属液体铝浸渗到硅粉3颗粒之间的间隙之中；五、冲头1向下保持压力并使模具体4冷却；六、脱模，取出铝硅合金的铸锭；七、铸锭经过高温退火处理。本发明的超高硅铝合金具有含硅量高(61.6％～70.8％质量百分比)、低密度(2.4～2.45g/cm3)、高致密(＞98.5％)、低膨胀、低成本等性能。本发明采用挤压铸造方法，强制将硅元素外加到铝合金中制成超高硅铝合金。此方法具有制造设备简单、成本较低、材料致密度高且均匀性好等特点。它解决了传统铝合金硅含量低、热膨胀系数大以及现有的超高硅铝合金制备方法复杂，生产成本高等问题，可以广泛应用在汽车发动机活塞连杆、电子封装、高尺寸稳定性仪表零件等领域中。
图1是本发明超高硅铝合金的金相图，图2是具体实施方式
一中制备方法所用模具的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1具体说明本实施方式。该铝合金制备方法所用的装置(参阅图2)由冲头1、模具体4、压力机台面5和电炉6组成。一种低膨胀超高硅铝合金，硅在整体合金中所占的质量百分比为61.6％-70.8％。一种低膨胀超高硅铝合金的制备方法一、将硅粉3装入模具体4的型腔2之内，冲头1向下把硅粉3压制成预制块；二、将模具体4预热至500℃～600℃，铝材料加热至700℃-800℃；三、将铝材料浇注到模具体4内；四、通过冲头1向下施加压力，使金属液体铝浸渗到硅粉3颗粒之间的间隙之中；施加的压力为40MPa～60MPa；五、冲头1向下保持压力并使模具体4内冷却；六、脱模，取出铝硅合金的铸锭；七、铸锭经过345℃-410℃高温退火处理。所用硅粉平均半径为10μm～20μm。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同点是，其制备步骤是一、硅粉装填将平均粒径为10μm范围的硅粉装入模具体4型腔，装入515g，根据硅的比重，把硅粉压制成相当于硅比重65％的预制块，预制块中密布有孔或缝隙。此时预计体积率(硅体积占整体合金的体积比)为65％；二、预热。将装有硅粉的模具体4在电炉6中加热至600℃，合金采用LD11铝合金，LD11铝合金在另一电炉中加热至700℃；三、将LD11铝合金浇注至模具体4之内；四、加压通过冲头1向下施加压力，此时压力为40MPa；五、保压冷却铝合金液体完全浸渗之后，保持压力；六、自然冷却脱模，取出铝硅合金的铸锭材料；七、铸锭经过410℃、3个小时退火处理。性能测试结果硅含量为66.2％(重量百分比)，密度为2.42g/cm3，致密度为98.77％，热膨胀系数为7.9×10-6/℃，热导率为100W/(m·K)，弯曲强度为340MPa，弹性模量为114GPa，HB＝310。
具体实施方式
三本实施方式与实施方式一的不同点是，该超高硅铝合金的制备步骤是一、硅粉装填将平均粒径为10μm的硅粉和平均粒径为20μm的硅粉各50％混合，装入模具体4内，装入515g，压实，此时预计体积率为65％；二、预热。将装有硅粉的模具体4在电炉6中加热至600℃，LD11铝合金在另一电炉中加热至750℃；三、将LD11铝合金浇注至模具体4内；四、通过冲头1向下施加压力，此时压力为60MPa；五、金属液体完全浸渗之后，保持压力；自然冷却到300℃左右；六、脱模，取出铝硅合金的铸锭材料；七、铝硅合金的铸锭经过410℃、3个小时退火处理。性能测试结果硅含量为66.2％(质量百分比)，密度为2.41g/cm3，致密度为98.93％，热膨胀系数为8.1×10-6/℃，热导率为103W/(m·K)，弯曲强度为270MPa，弹性模量为104GPa，HB＝275。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式一的不同点是，超高硅铝合金的制备步骤是一、硅粉装填将平均粒径为20μm的硅粉装入模具体4内，装入515g，压实，此时预计体积率为65％；二、将装有硅粉的模具体4在电炉6中加热至600℃，LD11铝合金合金在另一电炉中加热至750℃，熔化；三、将LD11铝合金浇注至模具体4内；四、通过冲头1向下施加压力，此时压力为50MPa；五、保持压力50MPa不变，温度降至400℃时卸载；六、脱模，取出铝硅合金的铸锭材料；七、铝硅合金的铸锭经过410℃、3个小时退火处理。性能测试结果Si含量为66.2％(质量百分比)，密度为2.42g/cm3，致密度为98.51％，热膨胀系数为8.3×10-6/℃，热导率为105W/(m·K)，弯曲强度为220MPa，弹性模量为100GPa，HB＝270。
具体实施方式
五本实施方式与实施方式一的不同点是，高纯铝合金的制备步骤是一、硅粉装填将平均粒径为10μm的硅粉装入模具体4内，装入515g，压实，此时预计体积率为65％。二、预热。将装有硅粉的模具体4在电炉6中加热至500℃，铝合金采用LG5纯铝，在另一电炉中加热至750℃熔化；三、将LG5纯铝浇注至模具体4内；四、加压通过冲头1向下施加压力，此时压力为40MPa；五、保压冷却保持压力40MPa不变，温度降至约300℃时卸载；六、脱模，取出铝硅合金的铸锭材料；七、铝硅合金的铸锭经过410℃、3个小时退火处理。性能测试结果硅含量为61.6％(质量百分比)，密度为2.40g/cm3，致密度为98.89％，热膨胀系数为7.5×10-6/℃，热导率为110W/(m·K)，弯曲强度为275MPa，弹性模量为112GPa，HB＝270。
具体实施方式
六本实施方式与实施方式一的不同点是，高纯铝合金的制备步骤是一、硅粉装填将平均粒径为10μm的硅粉装入模具体4，装入555g，压实，此时预计体积率为70％。二、预热。将装有硅粉的模具体4在电炉6中加热至600℃，铝合金采用LD11，在另一电炉中加热至750℃熔化；三、将LD11铝合金浇注至模具体4内；四、加压通过冲头1向下施加压力，此时压力为40MPa；五、保压冷却保持压力40MPa不变，温度降至约300℃时卸载；六、脱模，取出铝硅合金的铸锭材料；七、铝硅合金的铸锭经过410℃、3个小时退火处理。性能测试结果硅含量为70.8％(质量百分比)，密度为2.40g/cm3，致密度为99.42％，热膨胀系数为7.4×10-6/℃，热导率为110W/(m·K)，弯曲强度为338MPa，弹性模量为110Gpa，HB＝282。
权利要求
1.一种低膨胀超高硅铝合金，其特征是硅在整体合金中所占的质量百分比为61.6％-70.8％。
2.一种低膨胀超高硅铝合金的制备方法，其特征是一、将硅粉(3)装入模具体(4)的型腔(2)之内，硅粉半径为10μm～20μm，冲头(1)向下把硅粉(3)压制成预制块；二、将模具体(4)预热至500℃～600℃，铝材料加热至熔化；三、将铝材料浇注到模具体(4)内；四、通过冲头(1)向下施加压力，使金属液体铝浸渗到硅粉(3)颗粒之间的间隙之中；五、冲头(1)向下保持压力并使模具体(4)冷却；六、脱模，取出铝硅合金的铸锭；七、铸锭经过高温退火处理。
3.根据权利要求2所述的一种低膨胀超高硅铝合金及其制备方法，其特征是在步骤四中，冲头(1)向下施加的压力为40MPa～60MPa。
4.根据权利要求2所述的一种低膨胀超高硅铝合金及其制备方法，其特征是在步骤七中，高温退火的温度为345℃～410℃。
5.根据权利要求2所述的一种低膨胀超高硅铝合金及其制备方法，其特征是在步骤一中，硅粉粒径10μm。
6.根据权利要求2所述的一种低膨胀超高硅铝合金及其制备方法，其特征是在步骤一中，硅粉粒径20μm。
7.根据权利要求2所述的一种低膨胀超高硅铝合金及其制备方法，其特征是在步骤二中，铝材料的加热温度750℃。
全文摘要
本发明公开一种超高硅铝合金产品及其制备方法——一种低膨胀超高硅铝合金及其制备方法。一种低膨胀超高硅铝合金，硅在整体合金中所占的质量百分比为61.6％－70.8％。制备方法，一、将硅粉(3)装入模具体(4)的型腔(2)之内，冲头(1)向下把硅粉(3)压制成预制块；二、将模具体(4)预热至500℃～600℃，铝材料加热至熔化；三、将铝材料浇注到模具体(4)内；四、通过冲头(1)向下施加压力；五、冲头(1)向下保持压力并使模具体(4)冷却；六、脱模；七、铸锭经过高温退火处理。本发明的超高硅铝合金具有含硅量高、低密度、高致密低膨胀等性能。本发明采用挤压铸造方法，强制将硅元素外加到铝合金中制成超高硅铝合金。此方法具有制造设备简单、成本较低等特点。
文档编号C22C21/02GK1605648SQ20041004385
公开日2005年4月13日 申请日期2004年9月8日 优先权日2004年9月8日
发明者武高辉, 修子扬, 张强, 姜龙涛 申请人:哈尔滨工业大学