一种低共晶Si组织铝合金及其制备方法

本发明涉及一种低共晶si组织铝合金及其制备方法，属于铝合金材料及其制备。

背景技术：

1、由于铝合金在环境介质中具有较好的耐腐蚀性以及良好的低温性能，因此其是航空航天领域制作飞机蒙皮、液氢和液氧容器的重要材料。由于价格便宜，铝合金不仅在军工领域具有很多应用，在民用设施中也被广泛用于制作船舶外壳、支架结构、配套设施、管道、阀件、气缸体、泵、减速箱外壳、涡轮叶片等。

2、铝合金的性能一般与宏观组织具有存在重要关系。大多数的铝合金组织为al基体+共晶硅相，同时al基体与共晶硅相的比例多为5:5～6:4，低于这一比例的铝合金与传统铝合金在结构和性能方面具有一定的不同，制备新型低共晶si组织铝合金将进一步丰富铝合金的组织特征，对于开发新型铝合金具有重要意义。

3、cn114540672a公开了一种高强度高导热alsi铝合金及其制备方法，该方法的具体步骤如下：包括按质量百分比进行成分配制如下元素：cu 0.15％-0.65％、si 8.5％-11.5％、mn0.35％-0.55％、mg 0.3％-0.55％、fe≤0.25％、zn≤0.15％、ca≤20ppm、p≤20ppm、sr 0.010％-0.035％、b 0.0045％-0.01％、la+ce 0.015％-0.035％，余量为al和杂质，其中杂质总含量不大于0.15％，即得到高强度高导热alsi铝合金。该方法存在如下缺陷：该方法获得的铝合金组织为al基体+共晶硅相，两者之比约为6:4，所制得的铝合金强度虽较之前的有所提高，但材料强度还不够。

4、cn107385289a公开了一种zr和sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶al-si系铸造铝合金及制备方法，该方法的具体步骤如下：铝合金主要由铝(al)、硅(si)、锆(zr)、锶(sr)和铁(fe)组成，制备方法依次包括：(1)首先，将炉温升至850±10℃，加入纯al和al-si中间合金，待全部熔化后依次加入中间合金；(2)其次，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5～10min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭，即得到zr和sr复合微合金化的高强韧耐腐蚀亚共晶al-si系铸造铝合金。该方法存在如下缺陷：该方法获得的铝合金组织为al基体+共晶硅相，两者之比约为5:5所制得的铝合金强度虽较之前的有所提高，但材料强度还不够。

技术实现思路

1、本发明解决的第一个技术问题是提供一种低共晶si组织铝合金。

2、一种低共晶si组织铝合金，其特征在于：包含si、cu、mg、zn、mn、ti、cr、fe、b、sr、al十一种元素，且按质量百分比计，si：0.3～0.4％，cu：1.0～4.3％，mg：0.8～1.0％，zn：0.0005～0.0015％，mn：0.07～0.09％，ti：0.12～0.17％，cr：0.04～0.05％，fe：0.42～0.45％，b：0.025～0.035％，sr：0.07～0.09％，其余为铝以及不可避免的杂质。

3、优选的，一种低共晶si组织铝合金，其特征在于：包含si、cu、mg、zn、mn、ti、cr、fe、b、sr、al十一种元素，且按质量百分比计，si：0.360～0.367％，cu：3.1～4.2％，mg：0.80～0.95％，zn：0.0008～0.0012％，mn：0.075～0.080％，ti：0.150～0.165％，cr：0.045～0.049％，fe：0.422～0.440％，b：0.028～0.031％，sr：0.08～0.09％，其余为铝以及不可避免的杂质。

4、更为优选的，一种低共晶si组织铝合金，其特征在于：包含si、cu、mg、zn、mn、ti、cr、fe、b、sr、al十一种元素，且按质量百分比计，si：0.362～0.366％，cu：3.19～4.16％，mg：0.88～0.90％，zn：0.0010～0.0011％，mn：0.0780～0.0795％，ti：0.159～0.163％，cr：0.0465～0.0472％，fe：0.424～0.435％，b：0.029～0.030％，sr：0.082～0.086％，其余为铝以及不可避免的杂质。

5、其中，所述低共晶si组织铝合金由al基体+共晶硅相组成，其体积比为7～8:2～3。

6、其中，所述低共晶si组织铝合金包括fcc铝基体，以及fcc(al0.5fe3si0.5)、cf12(mg2si)、tp4(cu0.9fe0.1ti)、tl32(fe3.5b)、cp20(alcu4)、tp4(cuti)为主要成分的析出强化相。

7、本发明解决的第二个技术问题是提供一种低共晶si组织铝合金的制备方法，包括如下步骤：

8、a、按照低共晶si组织铝合金的质量百分比，分别取纯度≥99.95％、颗粒尺寸1～5mm的金属原料；

9、b、熔解：将a步骤所得al粒倒入熔炼炉中升温熔化，熔化温度为690℃～720℃，待形成液体状态后将温升至760℃～780℃，依次加入cu、si等金属颗粒及al5ti1b中间合金，完全熔化后搅拌均匀，搅拌过程温度保持不变；

10、c、除渣除气：将炉温恒温在730～760℃，通入高纯氩气并进行搅拌，保持8～10min；扒去浮渣，对模具在80～150℃下预热5～10分钟，然后进行浇注；

11、d、均匀化处理：将样品放入热处理炉中，设定温度为450～480℃，保温时间为180～240分钟，取出样品，进行水淬；

12、e、人工时效处理：将步骤d所得样品放入热处理炉中，设定温度为160～200℃，保温时间为600～1000分钟，随炉冷却，取出并切割样品，进行表征测试。

13、其中，所述步骤b中完全熔化后搅拌均匀的时间为10～30min。

14、其中，所述步骤c中，氩气流量为10～40l/分钟，氩气压力控制在0.1～0.8mpa。

15、本发明有益效果：

16、1、本发明所提供的一种低共晶si组织铝合金及其制备方法，所制得的低共晶si组织铝合金具有较高的强度，组织由al基体+共晶硅相组成，比例为(7～8):(2～3)，固溶强化和析出相强化相互协作，共同提高材料强度。

17、2、本发明所提供的一种低共晶si组织铝合金及其制备方法，所制得的低共晶si组织铝合金具有高的耐腐蚀性，电化学测试结果表明与现有市售6061铝合金的腐蚀电流基本相同，可以作为装备耐腐蚀材料或涂层使用。

18、3、本发明所提供的一种低共晶si组织铝合金及其制备方法，所制得的低共晶si组织铝合金电导率是市售6061铝合金的2倍，可以作为导电铝合金优选的制作材料。

19、4、本发明所提供的一种低共晶si组织铝合金及其制备方法，采用的石墨坩埚+感应加热熔炼，使用现有市场设备和坩埚，熔炼时间可在三十分钟内完成，能耗小，成本低，工艺操作简单，可实现大尺寸铝合金铸锭生产，适于工业化生产，具有良好的经济效益。