本发明属于铝合金压铸领域，具体是涉及一种高强耐蚀压铸铝合金及其压铸方法。
背景技术：
：al-si-mg系压铸铝合金属于亚共晶铝硅合金，由于不含cu元素，因而具有优异的抗腐蚀性能以及较好的抗热裂性能、气密性和流动性等特点，广泛用于承受低负荷、形状复杂的薄壁压铸零部件，如各种仪表壳体、汽车机匣、变速箱油泵壳体、车轮罩、摩托车曲轴箱、自行车车轮等。随着汽车、摩托车等交通工具轻量化的发展，铝合金压铸件不断向薄壁化发展，这要求压铸铝合金具有更高的强度和塑形。现有al-si-mg系压铸铝合金虽然具有优异的抗腐蚀性能以及较好的抗热裂性能、气密性和流动性等特点，但强度普偏低、塑形较差的问题日益突出，极大的限制了al-si-mg系压铸铝合金的应用。现有al-si-mg系压铸铝合金强度偏低、塑性较差的原因，首先是压铸铝合金的fe含量较高，fe在铝合金中通常是以粗大的针状al-fe-si系富fe相形式存在铝合金基体中，这种粗大的针状富fe相本身属于硬而脆的金属间化合物相，会严重割裂铝基体，成为铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方向。其次是al-si-mg系压铸铝合金虽然属于亚共晶铝硅合金，但si含量较高，si在铝合金中除了以针状共晶si形式存在外，还有少部分si是以粗大块状初生si形式存在，针状共晶si和粗大块状初生si相都属于硬脆相，同样会严重割裂铝基体，降低铝合金的强度和塑性。因此，现有al-si-mg系压铸铝合金及其压铸方法仍有待改进和发展。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种高强耐蚀压铸铝合金及其压铸方法，通过微合金化处理细化变质富fe相、共晶si相和初生si相，提高压铸铝合金的强度和塑性，满足各种对强度、塑性和耐腐蚀性能要求较高的铝合金压铸件需要。本发明的技术方案是这样实现的：本发明所述的高强耐蚀压铸铝合金，其特点是由以下质量百分比的成分组成：si9.6～10.4％，mg0.4～0.6％，fe0.3～0.5％，ti0.1～0.3％，tc0.01～0.03％，b0.002～0.006％，ba0.01～0.03％，ge0.005～0.015％，其余为al和不可避免的杂质，其中，tc与b的质量比为5:1，ba与ge的质量比为2:1，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。本发明所述高强耐蚀压铸铝合金的压铸方法，其特点是包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金、al10ti合金、al5tc1b合金、al5ba合金和al5ge合金为原材料；第二步：将铝锭在700～740℃加热熔化，加入占原材料总重量为9.6～10.4％的速溶硅、0.4～0.6％的镁锭和0.5～1.5％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液进行精炼除气除渣后，加入占原材料总重量为1～3％的al10ti合金、0.2～0.6％的al5tc1b合金、0.2～0.6％的al5ba合金和0.1～0.3％的al5ge合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度680～700℃、型腔温度190～210℃、压射速度2.1～2.4米/秒、压射比压30～50mpa和保压时间3～8秒条件下将铝合金液压铸成铝合金，冷却后得到高强耐蚀压铸铝合金。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明在优化si、mg主合金元素的基础上，通过添加al5tc1b合金细化变质富fe相，复合添加al5ba合金和al5ge合金细化变质共晶si和初生si相，提高压铸铝合金的强度和塑性。(2)本发明通过精炼除气除渣后，再加入al10ti、al5tc1b、al5ba合金和al5ge合金，有利于充分发挥ti、tc、b、ba、ge元素对α-al晶粒的细化作用和对富fe相、si相的细化变质作用，确保压铸铝合金获得高的强度和塑性。(3)本发明压铸铝合金的室温抗拉强度大于250mpa，伸长率大于8％，腐蚀速率小于2×10-3/mg·cm-2·h-1，满足各种对强度、塑性和耐腐蚀性能要求较高的铝合金压铸件需要。具体实施方式下面对本发明所述高强耐蚀压铸铝合金的成分组成意义和含量范围限定理由进行说明。本发明所述的高强耐蚀压铸铝合金，其特点是由以下质量百分比的成分组成：si9.6～10.4％，mg0.4～0.6％，fe0.3～0.5％，ti0.1～0.3％，tc0.01～0.03％，b0.002～0.006％，ba0.01～0.03％，ge0.005～0.015％，其余为al和不可避免的杂质，其中，tc与b的质量比为5:1，ba与ge的质量比为2:1，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。si在压铸铝合金中能与al形成al+si共晶液相，提高压铸铝合金的流动性，同时还能提高压铸铝合金的机械加工性能。si含量越高，压铸铝合金的流动性和机械加工性能都越好，但压铸铝合金的塑性会逐渐下降。si含量低于9.6％，压铸铝合金的流动性不足，难以满足形状结构复杂零部件的压铸工艺要求。si含量超过10.4％时，压铸铝合金的塑性会出现显著下降。因此，为了保证压铸铝合金具有足够的流动性和塑性，si含量选择在9.6～10.4％。mg在压铸铝合金中可形成mg2si强化相增强铝合金的强度。mg含量越高，压铸铝合金的强度也越高，但压铸铝合金的塑性会逐渐下降。mg含量低于0.4％，压铸铝合金的强度达不到250mpa。而mg含量超过0.6％时，会明显降低压铸铝合金的塑形，伸长率达不到7％。因此，为了确保压铸铝合金获得足够的强度和塑性，mg含量选择在0.4～0.6％。fe在压铸铝合金中的作用主要是防止压铸件粘模，有利于压铸件脱模。fe含量越高，越有利于压铸铝合金件的脱模。fe是铝锭中不可避免的杂质元素，纯度为99.7％的铝锭通常含有0.2％的fe。但fe在压铸铝合金中通常以粗大的针状al-fe-si系富fe相形式存在，这种粗大针状富fe相本身属于脆而硬的金属间化合物，会严重割裂铝基体，成为压铸铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，这是导致现有压铸铝合金强度偏低、塑性较差的重要原因。另外，压铸铝合金中的fe容易与al形成自耦合电化学腐蚀，降低压铸铝合金的耐腐蚀性能。但是当富fe相细化变质为细小均匀的颗粒状时，则可消除富fe相对强度和塑性的影响，并且还可以提高压铸铝合金的耐腐蚀性能。综合考虑压铸铝合金的脱模性、力学性能和耐腐蚀性能等因素，因此，fe含量选择在0.3～0.5％。ti在压铸铝合金中主要起到细化α-al晶粒的作用，改善压铸铝合金的组织成分均匀性，提高压铸铝合金的强度和塑性。ti含量小于0.1％，晶粒细化效果不明显。ti含量越高，晶粒细化效果越好。添加0.1～0.3％的ti，可使压铸铝合金的α-al晶粒从粗大的树枝状细化为细小均匀的等轴状，改善压铸铝合金的组织成分均匀性，提高压铸铝合金的强度和塑性。因此，ti含量选择在0.1～0.3％。tc、b在压铸铝合金中主要作用是细化变质富fe相。发明人通过大量实验探索研究后发现，复合添加0.01～0.03％的tc元素和0.002～0.006％的b元素，且tc与b的质量比为5:1时，在压铸铝合金的凝固过程中，通过tc与b的交互作用能够有效抑制和改变富fe相的生长取向，使富fe相从粗大的针状细化变质为细小均匀的颗粒状，从而消除粗大针状富fe相对压铸铝合金强度和塑性的影响，提高压铸铝合金的强度和塑性。ba、ge在压铸铝合金中的作用主要是细化变质共晶si和初生si相。现有技术通常采用na、sr来细化变质共晶si相，采用p元素来细化变质初生si相。但na、sr细化变质容易引发铝合金液吸气，而p对初生si相的细化变质目前还存在效果不稳定、容易氧化燃烧而损失的问题。发明人通过大量实验探索研究后发现，ba元素对本发明压铸铝合金的共晶si相具有很好的细化变质效果，其效果明显好于现有的na、sr元素，还不存在引发铝合金液吸气的问题。而ge对初生si具有稳定的细化变质效果，不存在氧化燃烧而损失的问题。当复合添加0.01～0.03％的ba和0.005～0.015％的ge，且ba与ge的质量比为2:1时，可对共晶si和初生si进行充分的细化变质，使针状共晶si和粗大块状初生si转变为小均匀的颗粒状si相，消除针状共晶si和粗大块状初生si对压铸铝合金强度和塑性的影响，提高压铸铝合金的强度和塑性。下面对本发明所述高强耐蚀压铸铝合金的压铸方法进行说明。本发明所述高强耐蚀压铸铝合金的压铸方法，其特点是包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金、al10ti合金、al5tc1b合金、al5ba合金和al5ge合金为原材料；第二步：将铝锭在700～740℃加热熔化，加入占原材料总重量为9.6～10.4％的速溶硅、0.4～0.6％的镁锭和0.5～1.5％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液进行精炼除气除渣后，加入占原材料总重量为1～3％的al10ti合金、0.2～0.6％的al5tc1b合金、0.2～0.6％的al5ba合金和0.1～0.3％的al5ge合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度680～700℃、型腔温度190～210℃、压射速度2.1～2.4米/秒、压射比压30～50mpa和保压时间3～8秒条件下将铝合金液压铸成铝合金，冷却后得到高强耐蚀压铸铝合金。mn、ni、zn、sn、pb等元素是铝锭、速溶硅中不可避免的杂质元素，这些杂质元素在压铸铝合金中会形成硬而脆或低熔点的金属间化合物，容易成为压铸铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，恶化压铸铝合金的强度和塑性。另外，这些杂质元素在压铸铝合金中容易与al形成自耦合电化学腐蚀，降低压铸铝合金的耐腐蚀性能。因此，这些杂质元素必须进行严格控制。本发明通过选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅和99.95的镁锭作为主要原材料，可控制mn、ni、zn、sn、pb等杂质元素的单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％，确保压铸铝合金获得高的强度、塑性和耐腐蚀性能。ti、tc、ba、ge在本发明压铸铝合金中都属微合金化元素，如果在精炼除气除渣前添加这些元素，在精炼除气除渣过程容易发生损耗，起不到相应的细化变质作用。而在精炼除气除渣后再加入al10ti合金、al5tc1b合金、al5ba合金和al5ge合金，有利于充分发挥ti、tc、ba、ge元素对α-al晶粒、富fe相和si相的细化变质作用，确保压铸铝合金获得高的强度、塑性和耐腐蚀性能。下面结合具体的实施例和对比例对本发明的技术方案作进一步的说明，以便更好的理解本发明的技术方案。实施例1：压铸铝合金由以下质量百分比的成分组成：si9.6％，mg0.4％，fe0.3％，ti0.1％，tc0.01％，b0.002％，ba0.01％，ge0.005％，其余为al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。压铸铝合金的压铸方法包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金、al10ti合金、al5tc1b合金、al5ba合金和al5ge合金为原材料；第二步：将铝锭在740℃加热熔化，加入占原材料总重量为9.6％的速溶硅、0.4％的镁锭和0.5％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用占原材料总重量为0.5％的六氯乙烷对铝合金液进行精炼除渣后，加入占原材料总重量为1％的al10ti合金、0.2％的al5tc1b合金、0.2％的al5ba合金和0.1％的al5ge合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度700℃、型腔温度190℃、压射速度2.1米/秒、压射比压50mpa和保压时间8秒条件下将铝合金液压铸成铝合金，冷却后得到高强耐蚀压铸铝合金。实施例2：压铸铝合金由以下质量百分比的成分组成：si10％，mg0.5％，fe0.4％，ti0.2％，tc0.02％，b0.004％，ba0.02％，ge0.01％，其余为al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。压铸铝合金的压铸方法包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金、al10ti合金、al5tc1b合金、al5ba合金和al5ge合金为原材料；第二步：将铝锭在720℃加热熔化，加入占原材料总重量为10％的速溶硅、0.5％的镁锭和1％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用占原材料总重量为0.5％的六氯乙烷对铝合金液进行精炼除渣后，加入占原材料总重量为2％的al10ti合金、0.4％的al5tc1b合金、0.4％的al5ba合金和0.2％的al5ge合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度690℃、型腔温度200℃、压射速度2.3米/秒、压射比压40mpa和保压时间5秒条件下将铝合金液压铸成铝合金，冷却后得到高强耐蚀压铸铝合金。实施例3：压铸铝合金由以下质量百分比的成分组成：si10.4％，mg0.6％，fe0.5％，ti0.3％，tc0.03％，b0.006％，ba0.03％，ge0.015％，其余为al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。压铸铝合金的压铸方法包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金、al10ti合金、al5tc1b合金、al5ba合金和al5ge合金为原材料；第二步：将铝锭在700℃加热熔化，加入占原材料总重量为10.4％的速溶硅、0.6％的镁锭和1.5％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用占原材料总重量为0.5％的六氯乙烷对铝合金液进行精炼除渣后，加入占原材料总重量为3％的al10ti合金、0.6％的al5tc1b合金、0.6％的al5ba合金和0.3％的al5ge合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度680℃、型腔温度210℃、压射速度2.4米/秒、压射比压30mpa和保压时间3秒条件下将铝合金液压铸成铝合金，冷却后得到高强耐蚀压铸铝合金。对比例1压铸铝合金由以下质量百分比的成分组成：si10％，mg0.5％，fe0.4％，ti0.2％，其余为al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。压铸铝合金的压铸方法包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金和al10ti合金为原材料；第二步：将铝锭在720℃加热熔化，加入占原材料总重量为10％的速溶硅、0.5％的镁锭和1％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用占原材料总重量为0.5％的六氯乙烷对铝合金液进行精炼除渣后，加入占原材料总重量为2％的al10ti合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度690℃、型腔温度200℃、压射速度2.3米/秒、压射比压40mpa和保压时间5秒条件下将铝合金液压铸成铝合金。对比例2压铸铝合金由以下质量百分比的成分组成：si10％，mg0.5％，fe0.4％，ti0.2％，ba0.02％，ge0.01％，其余为al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。压铸铝合金的压铸方法包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金、al10ti合金、al5ba合金和al5ge合金为原材料；第二步：将铝锭在720℃加热熔化，加入占原材料总重量为10％的速溶硅、0.5％的镁锭和1％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用占原材料总重量为0.5％的六氯乙烷对铝合金液进行精炼除渣后，加入占原材料总重量为2％的al10ti合金、0.4％的al5ba合金和0.2％的al5ge合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度690℃、型腔温度200℃、压射速度2.3米/秒、压射比压40mpa和保压时间5秒条件下将铝合金液压铸成铝合金。对比例3压铸铝合金由以下质量百分比的成分组成：si10％，mg0.5％，fe0.4％，ti0.2％，tc0.02％，b0.004％，其余为al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。压铸铝合金的压铸方法包括以下步骤：第一步：选用纯度为99.7％的铝锭、99.9％的速溶硅、99.95％的镁锭和al20fe合金、al10ti合金和al5tc1b合金为原材料；第二步：将铝锭在720℃加热熔化，加入占原材料总重量为10％的速溶硅、0.5％的镁锭和1％的al20fe合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用占原材料总重量为0.5％的六氯乙烷对铝合金液进行精炼除渣后，加入占原材料总重量为2％的al10ti合金和0.4％的al5tc1b合金，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：在浇注温度690℃、型腔温度200℃、压射速度2.3米/秒、压射比压40mpa和保压时间5秒条件下将铝合金液压铸成铝合金。按中华人民共和国国家标准gb/t228-1987《金属拉伸试验方法》，将实施例1-3和对比例1-3的压铸铝合金加工成标准拉伸试样，在dns200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，结果如表1所示。按中华人民共和国国家标准gb/10134-2011，将实施例1-3和对比例1-3的压铸铝合金加工成20mm×5mm的圆柱状试样，在实验前均经2000号水砂纸研磨处理，在用丙酮和无水乙醇清洗并干燥后称取试样的质量作为初始质量，实验腐蚀介质采用3.5％nacl溶液，ph值控制在7～7.5，将腐蚀试样悬挂于腐蚀介质中浸泡24h，在沸腾的铬酸(200mgcro3/l+10mgagno3)中清洗5min，然后再用丙酮无水乙醇清洗并干干燥后，用分析天平称重，计算腐蚀速率：v＝(w1-w2)×t/a，式中，v为试样的腐蚀速率，w1为试样腐蚀之前的质量，w2为试样腐蚀之后的质量，a为试样的面积，t为腐蚀的时间，腐蚀速率如表1所示。表1实施例和对比例压铸铝合金的拉伸力学性能和腐蚀速率抗拉强度/mpa伸长率/％腐蚀速率×10-3/mg·cm-2·h-1实施例1254.79.51.94实施例2266.38.71.81实施例3278.58.31.67对比例1190.82.42.61对比例2231.54.12.35对比例3218.23.72.18从表1看到，本发明实施例1-3的压铸铝合金的室温抗拉强度大于250mpa，伸长率大于8％，腐蚀速率小于2×10-3/mg·cm-2·h-1。对比例1的压铸铝合金，由于没有添加tc、b、ba、ge元素对富fe相和si相进行细化变质处理，压铸铝合金的室温抗拉强度为190.8mpa，伸长率为2.4％，腐蚀速率为2.61×10-3/mg·cm-2·h-1。对比例2的压铸铝合金，由于没有添加tc、b元素对富fe相进行细化变质处理，压铸铝合金的室温抗拉强度为231.5mpa，伸长率为4.1％，腐蚀速率为2.35×10-3/mg·cm-2·h-1。对比例3的压铸铝合金，由于没有添加ba、ge元素对si相进行细化变质处理，压铸铝合金的室温抗拉强度为218.2mpa，伸长率为3.7％，腐蚀速率为2.18×10-3/mg·cm-2·h-1。通过比较可以看到，本发明压铸铝合金通过添加tc、b、ba、ge元素对富fe相和si相进行细化变质处理，可显著提高压铸铝合金的强度、塑性和耐腐蚀性能。本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。当前第1页12