一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料及其制备方法

本发明涉及一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、过去，铝镁硅合金由于其时效硬化性而被广泛用于制造高强度汽车车身部件。这些合金在溶液处理条件下形成零件，然后时效以赋予部件强度。由于这些合金是在溶液处理条件下运输的，在室温下长期储存是一个严重的问题，并由于自然老化导致性能恶化。此外，这些合金在固溶处理过程中会出现晶粒生长，并且在老化条件下表现出中等强度和较差的延展性，从而限制了它们的成形性。对于高性能汽车车身部件的制造来说，铝镁硅合金的强度-塑性关系相当复杂。在这种情况下，需要开发新材料，在老化条件下提供更高的强度和高延展性，以获得更大的成形性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种陶瓷颗粒增强高强度韧性铝镁硅合金基复合材料及其制备方法。在具有良好成型性能的前提下，陶瓷颗粒增强铝镁硅合金基复合材料具有优异的综合力学性能，从而满足汽车工业对金属板件的性能要求。

2、经过广泛的文献调查，发现铝镁硅合金的性能对晶粒结构和加工路线非常敏感。铸态合金具有不规则的粗晶粒尺寸(>100μm)，并且在退火过程中由于颗粒溶解而表现出晶粒生长。在老化时，随着铝镁硅合金强度的提高，由于晶粒尺寸过大，其延展性降低，从而阻碍了高强度汽车部件的塑性成形。为了解决这个问题，本发明通过原位化学反应将陶瓷颗粒引入铝镁硅合金中。同时，采用挤压压力和轧制工艺，进一步细化晶粒结构，强化颗粒-基体界面，从而获得以α-al和陶瓷增强颗粒为主的铝镁硅合金基复合材料，在t6条件下具有优异的强度和塑性。

3、基于此，本发明采用的解决方案如下：首先，本发明涉及一种陶瓷颗粒增强高强度韧性铝镁硅合金基复合材料，其中每种元素的重量百分比为：mg＝0.48-0.52％，si＝0.90-1.1％，fe＝0.50-0.60％，cu＝0.50-60％，mn＝0.11-0.15％，zn＝0.99-1.50％，b＝0.20-1.25％，zr>0.25％。其他杂质的总量小于0.2wt％，余量为al。

4、其次，本发明还涉及一种陶瓷颗粒增强高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

5、s1.材料制备：根据铝镁硅合金的重量百分比配制材料；获得纯镁和al-20％si中间合金形式的mg和si；获得粉末形式的工业级kbf4、k2zrf6和na2b4o7盐。

6、s2.熔化：加入铝镁硅合金，温度升至850-900℃得到熔体。向熔体中加入工业级kbf4、k2zrf6和na2b4o7盐，并施加电磁场(磁场频率：10hz，励磁电流：100a)25-30分钟，通过化学反应产生陶瓷颗粒。在反应过程中，温度控制在850-950℃的范围内。化学反应后，炉渣在780℃下被清除。然后将熔体温度降至700℃。将称量好的纯mg和al-20％si中间合金压入熔体底部，并将温度保持在680-700℃范围内10分钟，以进行成分调整。

7、s3.清洗和脱气：调整成分后，将熔体温度提高到720℃，将精炼剂粉末注入熔体中进行脱气，并通过去除熔渣对熔体进行清洗。

8、s4.铸造和轧制：在720℃下精炼后，将熔体铸倒入到钢模中。将固化的复合材料在650℃下重新熔化5分钟。使用手动压力机进行熔体挤压工艺，在保持压力(10-20mpa)5分钟后，获得固化的复合材料。从复合材料上切割出板(80mm×30mm×12mm)。在450℃下均化1小时后，通过多次轧制使每块板坯的厚度逐渐减小(如6.5mm、4.5mm、2.5mm)，每次轧制之间在450℃条件下保温10分钟。然后将轧制的板坯淬火到水中。

9、优选地，步骤s1还包括将原料盐预热至250℃进行干燥处理。

10、优选地，步骤s2还包括熔体反应的等待时间和通过电磁场搅拌以使盐均匀分散，进行熔体的组成分析并将组成调节在所需范围内。

11、优选地，步骤s2中的熔融反应的时间为25-30分钟。

12、优选地，步骤s2还包括熔体成分分析和调整的过程。

13、优选地，步骤s3中的精炼剂是不含na离子的基于盐的助熔剂。

14、优选地，步骤s4中的挤压温度为640-650℃。

15、优选地，步骤s4中的挤压压力为10-20mpa。

16、优选地，步骤s4中用于热轧的退火温度为450℃，持续1小时。

17、优选地，通过多次轧制将步骤s4中的厚度从12mm逐渐减小到6.5mm(45％)、4.5mm(60％)和2.5mm(80％)。

18、优选地，步骤s4中每个轧制道次之间的均热时间为10分钟。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1.本发明制备的陶瓷颗粒增强高强度韧性铝镁硅合金基复合材料具有重要的工业应用。

21、2.陶瓷颗粒增强铝镁硅合金基复合材料在热处理t6条件下具有344mpa的拉伸强度和≈23％的断裂应变等优异性能，可以获得良好的成形性能，满足汽车行业薄壁金属板件的要求。

技术特征：

1.一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料，其特征在于，每种元素的重量百分比为：mg＝0.48-0.52％，si＝0.90-1.1％，fe＝0.50-0.60％，cu＝0.50-60％，mn＝0.11-0.15％，zn＝0.99-1.50％，b＝0.20-1.25％，zr>0.25％，其他杂质的总量小于0.2wt％，余量为al。

2.如权利要求1所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

3.如权利要求2所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，还包括将原料盐预热至250℃进行干燥处理。

4.如权利要求2所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，通过电磁场搅拌以使盐均匀分散，电磁场频率：10hz，励磁电流：100a。

5.如权利要求2所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，熔融反应的时间为25-30分钟。

6.如权利要求2所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，还包括熔体成分分析和调整的过程，将温度保持在680-700℃范围内10分钟以进行成分调整。

7.如权利要求2所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，精炼剂是不含na离子的基于盐的助熔剂。

8.如权利要求2所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，挤压温度为640-650℃，挤压工艺压力为10-20mpa，保压5min。

9.如权利要求2所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，用于热轧的退火温度为450℃，持续1小时，每次轧制之间在450℃条件下保温10分钟。

10.如权利要求1所述的一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，板坯的尺寸为80mm×30mm×12mm，通过多次轧制将板坯的厚度从12mm逐渐减小到6.5mm(45％)、4.5mm(60％)和2.5mm(80％)。

技术总结
本发明涉及一种高强度韧性铝镁硅合金基复合材料及其制备方法。本发明通过原位化学反应将陶瓷颗粒引入铝镁硅合金中。同时，采用挤压压力和轧制工艺，进一步细化晶粒结构，强化颗粒‑基体界面，从而获得以α‑Al和陶瓷增强颗粒为主的铝镁硅合金基复合材料，在T6条件下具有优异的强度和塑性。

技术研发人员：赵玉涛,索巴,怯喜周
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15