一种压力铸造铝合金及其制备方法与流程

1.本发明属于铝合金铸造技术领域，具体涉及一种压力铸造铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.手机中板是指高端智能手机内部的基板，主要用于支撑手机内部电路板，其厚度较薄，一般在0.3mm
‑
0.5mm之间；这要求手机中板不仅具备足够的强度、刚度，还需具备复杂的结构，以适应部件的安装。目前，根据手机中板材料种类的不同，主要分为不锈钢、铝合金、镁合金，随着5g新一代网络通讯时代的到来，以及3d玻璃与陶瓷盖板的崛起，手机对中板强度等各方面的要求越来越高，传统的中板压铸材料无法满足手机对中板的要求。
3.普通的冲压成型的铝带已无法满足其设计要求，主流生产方式是采用压铸和模压方式应对手机内部的复杂结构，并能够成型超薄的高强手机结构部件；传统材料是adc12，该合金具有优良的铸造性能，如收缩率低、流动性好和热裂倾向小等，是铸造铝合金中用量最大的合金系列之一。其屈服强度在160
‑
180mpa，延伸率在1.5％。但这样的屈服强度和延伸率已经无法满足5g时代手机中板材料的要求。因而，急需开发适用于手机中板的新材料，用于应对手机内部的复杂结构，并具备成型超薄的高强手机结构部件的能力。
4.中国专利专利授权cn104264020b公开了一种高强度压铸铝合金及其制造方法：zn：10wt％
‑
30wt％；si：5.0wt％
‑
8.0wt％；cu：3.0wt％
‑
5.0wt％；mn：0.1wt％
‑
1.0wt％；ti：0.1wt％
‑
0.5wt％；re：0.05wt％
‑
0.2wt％；余量为al和不可避免的杂质；其合金屈服强度达到275
‑
350mpa，延伸率1.2
‑
1.9％，但铝锌系合金铸造成形时有很大的热裂倾向，同时存在应力腐蚀开裂倾向；合金耐腐蚀性较低，密度大，在3c产品应用上受到限制。
5.中国专利申请cn111690852a公开了一种高屈服高延伸率手机中板用压铸合金材料及其制备方法，合金包括si：1.8wt％
‑
4.0wt％；mg：4.0wt％
‑
7.0wt％；mn：0.1wt％
‑
1.2wt％；ce<1.0wt％；zn<0.5wt％；cu<0.5wt％；cr<0.5wt％；fe：0.1wt％
‑
1.0wt％；ti：0.01wt％
‑
0.25wt％，其余杂质控制在0.1wt％以下，余量为al；其合金屈服强度达到250
‑
280mpa，延伸率5
‑
10％，但铝镁系压铸铝合金，且由于镁含量较高，工业生产中需要隔绝空气，不易控制，使得生产成本增加，导致其在薄壁类电子产品压铸件场景中使用受限。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种压力铸造铝合金。
7.本发明的另一目的是提供一种压力铸造铝合金的制备方法。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.一种压力铸造铝合金，其特征在于，包括按重量百分数计的如下元素：si 13
‑
20％、mg 1.5
‑
3.0％、cu 0
‑
0.6％、mn 0.2
‑
0.8％、fe 0.2
‑
1.3％、zn 0
‑
1.0％、ni 0
‑
0.5％、ti 0.06
‑
0.2％、re 0.05
‑
1.0％、p 0.01
‑
0.3％，余量为al和不可避免的杂质。
10.优选地，所述杂质总含量小于0.3％。
11.一种压力铸造铝合金的制备方法，其用于制造上述的压力铸造铝合金，具体包括
如下步骤：
12.s1，烘干：将纯mg、纯al、纯zn、其它中间合金进行烘干处理；
13.s2，熔炼：先加入纯铝锭，加热到完全熔化；随后依次加入其它中间合金，待完全熔化后，进行降温；加入烘干后的纯mg、纯zn；待合金完全熔化后升温至一定温度进行精炼处理，随后进行静置处理，撇去浮渣，得到铝合金熔体或浇注得到铝合金铸锭；
14.s3，压铸：将所述s2中制备好的铝合金熔体或铝合金铸锭重熔后进行压力铸造，制得铝合金铸件。
15.优选地，在所述s1中，烘干的温度为200
‑
250℃，时间为2
‑
6h。
16.优选地，在所述s2中，依次加入其它中间合金，待完全熔化后，进行降温至660
‑
700℃。
17.优选地，在所述s2中，其它中间合金包括：铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金和铝磷中间合金。
18.优选地，所述s2中铝磷中间合金的加入温度在800
‑
840℃之间。
19.优选地，所述s2中铝稀土中间合金的加入温度在730
‑
750℃之间。
20.优选地，所述s2中的精炼处理是采用纯氩气或纯氮气在740
‑
760℃进行。
21.优选地，所述s2的静置温度为710
‑
730℃，静置时间10
‑
30min。
22.优选地，所述s3的压力铸造中，压铸温度为710
‑
760℃，模具温度为150
‑
250℃，压射速度为1.0
‑
3.0m/s，增压压力50
‑
90mpa。
23.优选地，所述s3得到的铝合金铸件的抗拉强度为360
‑
380mpa，屈服强度为260
‑
295mpa，延伸率为2.5
‑
5.0％。
24.与现有技术相比，本发明的铝合金材料基于薄壁成形铝合金较快的冷速速度，实现α
‑
al相的显著细化，结合p元素的添加，增加初生si相的形核核心，显著细化初生si相；加入re元素，改变共晶si相的生长方向，进而实现共晶si由针状向羽毛状或纤维桩转变，其组织得以显著细化；同时较高的冷却速度，导致mg在al基体中的固溶度显著增大；基于细晶强化、固溶强化和第二相强化，显著提高合金的强韧性；
25.并且，本发明的制备方法简单，无需气氛保护，显著降低工艺难度；较高的si含量使得合金的铸造性能优良，显著降低铸造缺陷，工艺稳定性好。
附图说明
26.图1为本发明实施例1制备的铝合金的相组织图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.本发明提供一种压力铸造铝合金，包括按重量百分数计的如下元素：si 13
‑
20％、mg 1.5
‑
3.0％、cu 0
‑
0.6％、mn 0.2
‑
0.8％、fe 0.2
‑
1.3％、zn 0
‑
1.0％、ni 0
‑
0.5％、ti 0.06
‑
0.2％、re 0.05
‑
1.0％、p 0.01
‑
0.3％，余量为al和不可避免的杂质；所述杂质总含量小于0.3％。
29.一种压力铸造铝合金的制备方法，其用于制造上述的压力铸造铝合金，具体包括如下步骤：
30.s1，烘干：将纯mg、纯al、纯zn、其它中间合金进行烘干处理；
31.s2，熔炼：先加入纯铝锭，加热到完全熔化；随后依次加入其它中间合金，待完全熔化后，进行降温；加入烘干后的纯mg、纯zn；待合金完全熔化后升温至一定温度进行精炼处理，随后进行静置处理，撇去浮渣，得到铝合金熔体或浇注得到铝合金铸锭；
32.s3，压铸：将所述s2中制备好的铝合金熔体或铝合金铸锭重熔后进行压力铸造，制得铝合金铸件。
33.其中，在所述s1中，烘干的温度为200
‑
250℃，时间为2
‑
6h。
34.其中，在所述s2中，依次加入其它中间合金，待完全熔化后，进行降温至660
‑
700℃。
35.其中，在所述s2中，其它中间合金包括：铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金和铝磷中间合金。
36.其中，所述s2中铝磷中间合金的加入温度在800
‑
840℃之间。
37.其中，所述s2中铝稀土中间合金的加入温度在730
‑
750℃之间。
38.其中，所述s2中的精炼处理是采用纯氩气或纯氮气在740
‑
760℃进行。
39.其中，所述s2的静置温度为710
‑
730℃，静置时间10
‑
30min。
40.其中，所述s3的压力铸造中，压铸温度为710
‑
760℃，模具温度为150
‑
250℃，压射速度为1.0
‑
3.0m/s，增压压力50
‑
90mpa。
41.其中，所述s3得到的铝合金铸件的抗拉强度为360
‑
380mpa，屈服强度为260
‑
295mpa，延伸率为2.5
‑
5.0％。
42.实施例1：
43.本实施例1提供一种压力铸造铝合金，其包括按重量百分数计的如下元素：13％的si、1.5％的mg、0.4％的cu、0.3％的mn、0.4％的fe、0.3％的zn、0.08％的ti、0.1％的re、0.01％的p，其它不可避免的杂质小于0.2％，其余为al。
44.本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为：
45.(1)烘干：将准备好的原材料纯mg、纯al、纯zn、al
‑
si中间合金、alcu中间合金、almn中间合金、alfe中间合金、alti中间合金、alre中间合金和alp中间合金进行在200℃下，烘干3h；
46.(2)熔炼：先加入纯铝锭，加热到完全熔化；随后依次加入其它中间合金，其中alp中间合金加入温度控制在815℃，随后降温至740℃，分别加入alre和alti中间合金；待中间合金完全熔化后，温度降至670℃，加入预热后的纯mg、纯zn；待合金完全熔化并搅拌均匀后，升温至740℃进行精炼，精炼后降温至720℃，静置20min后撇去浮渣，得到铝合金熔体；
47.(3)压铸：将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造，压铸过程中，浇注温度控制在720℃，模具温度控制在210℃，压射速度控制在1.0m/s，增压压力90mpa，最后制得铝合金铸件a1。
48.利用万能拉伸试验机测试本发明实施例1得到的压铸铝合金的室温力学性能，化学成分测试见表1，力学性能测试结果见表2。
49.实施例2：
50.本实施例2提供一种压力铸造铝合金，其包括按重量百分数计的如下元素：15％的si、2.4％的mg、0.1％的cu、0.2％的mn、0.2％的fe、0.3％的zn、0.08％的ti、0.05％的re、0.03％的p，其它不可避免的杂质小于0.2％，其余为al。
51.本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为：
52.(1)烘干：将准备好的原材料纯mg、纯al、纯zn、al
‑
si中间合金、alcu中间合金、almn中间合金、alfe中间合金、alti中间合金、alre中间合金和alp中间合金进行220℃下，进行5h的烘干处理；
53.(2)熔炼：先加入纯铝锭，加热到完全熔化；随后依次加入其它中间合金，其中alp中间合金加入温度控制在835℃，随后降温至730
‑
750℃，分别加入alre和alti中间合金。待中间合金完全熔化后，温度降至660℃，加入预热后的纯mg、纯zn；待合金完全熔化并搅拌均匀后，升温至750℃进行精炼，精炼后降温至720℃，静置30min后撇去浮渣，得到铝合金熔体；
54.(3)压铸：将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造，压铸过程中，浇注温度控制在710℃，模具温度控制在250℃，压射速度控制在2.5m/s，增压压力70mpa，最后制得铝合金铸件a2。
55.利用万能拉伸试验机测试本发明实施例2得到的压铸铝合金的室温力学性能，化学成分测试见表1，力学性能测试结果见表2。
56.实施例3：
57.本实施例3提供一种压力铸造铝合金，其包括按重量百分数计的如下元素：15％的si、3.0％的mg、0.4％的cu、0.6％的mn、0.6％的fe、1.0％的zn、0.12％的ti、0.3％的re、0.01％的p，其它不可避免的杂质小于0.2％，其余为al。
58.本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为：
59.(1)烘干：将准备好的原材料纯mg、纯al、纯zn、al
‑
si中间合金、alcu中间合金、almn中间合金、alfe中间合金、alti中间合金、alre中间合金和alp中间合金进行200℃
‑
3h的烘干处理；
60.(2)熔炼：先加入纯铝锭，加热到完全熔化；随后依次加入其它中间合金，其中alp中间合金加入温度控制在820℃，随后降温至750℃，分别加入alre和alti中间合金。待中间合金完全熔化后，温度降至680℃，加入预热后的纯mg、纯zn；待合金完全熔化并搅拌均匀后，升温至750℃进行精炼，精炼后降温至720℃，静置10min后撇去浮渣，得到铝合金熔体；
61.(3)压铸：将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造，压铸过程中，浇注温度控制在730℃，模具温度控制在210℃，压射速度控制在3.0m/s，增压压力80mpa，最后制得铝合金铸件a3。
62.利用万能拉伸试验机测试本发明实施例3得到的压铸铝合金的室温力学性能，化学成分测试见表1，力学性能测试结果见表2所示。
63.实施例4：
64.本实施例4提供一种压力铸造铝合金，其包括按重量百分数计的如下元素：17％的si、1.5％的mg、0.4％的cu、0.4％的mn、0.5％的fe、0.3％的zn、0.08％的ti、0.5％的re、0.1％的p，其它不可避免的杂质小于0.2％，其余为al。
65.本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为：
66.(1)烘干：将准备好的原材料纯mg、纯al、纯zn、al
‑
si中间合金、alcu中间合金、almn中间合金、alfe中间合金、alti中间合金、alre中间合金和alp中间合金进行200℃
‑
3h的烘干处理；
67.(2)熔炼：先加入纯铝锭，加热到完全熔化；随后依次加入其它中间合金，其中alp中间合金加入温度控制在818℃，随后降温至748℃，分别加入alre和alti中间合金。待中间合金完全熔化后，温度降至670℃，加入预热后的纯mg、纯zn；待合金完全熔化并搅拌均匀后，升温至745℃进行精炼，精炼后降温至720℃，静置15min后撇去浮渣，得到铝合金熔体；
68.(3)压铸：将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造，压铸过程中，浇注温度控制在715℃，模具温度控制在245℃，压射速度控制在2.0m/s，增压压力90mpa，最后制得铝合金铸件a4。
69.利用万能拉伸试验机测试本发明实施例4得到的压铸铝合金的室温力学性能，化学成分测试见表1，力学性能测试结果见表2所示。
70.实施例5：
71.本实施例5提供一种压力铸造铝合金，其包括按重量百分数计的如下元素：20％的si、1.9％的mg、0.1％的cu、0.2％的mn、0.2％的fe、0.2％z的n、0.2％的ti、1.0％的re、0.3％的p，其它不可避免的杂质小于0.2％，其余为al。
72.本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为：
73.(1)烘干：将准备好的原材料纯mg、纯al、纯zn、al
‑
si中间合金、alcu中间合金、almn中间合金、alfe中间合金、alti中间合金、alre中间合金和alp中间合金进行在200℃下，进行3h的烘干处理；
74.(2)熔炼：先加入纯铝锭，加热到完全熔化；随后依次加入其它中间合金，其中alp中间合金加入温度控制在805℃，随后降温至732℃，分别加入alre和alti中间合金。待中间合金完全熔化后，温度降至676℃，加入预热后的纯mg、纯zn；待合金完全熔化并搅拌均匀后，升温至740℃进行精炼，精炼后降温至720℃，静置28min后撇去浮渣，得到铝合金熔体；
75.(3)压铸：将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造，压铸过程中，浇注温度控制在760℃，模具温度控制在210℃，压射速度控制在3.0m/s，增压压力90mpa，最后制得铝合金铸件a5。
76.利用万能拉伸试验机测试本发明实施例5得到的压铸铝合金的室温力学性能，化学成分测试见表1，力学性能测试结果见表2所示。
77.结合表1和表2的结果可以看出，本发明的高强韧压铸铝合金材料强度得到了提高，抗拉强度达到360mpa以上，屈服强度达到265mpa以上，延伸率达到2.5％以上，能够满足通讯、电子类产品对结构材料的需求。
78.元素含量simgcumnfezntirep实施例1131.50.60.81.30.30.080.100.03实施例2152.40.10.20.20.30.060.050.2实施例3153.00.40.60.61.00.120.30.01实施例4171.50.40.40.50.30.080.50.1实施例5201.90.10.20.20.20.21.00.3
79.表1
80.铸件代号抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(％)a1366.3267.24.8a2373.5275.45.0a3377.3292.33.0a4378.8261.94.3a5374.3289.92.5
81.表2
82.另外，图1为本发明实施例制备的铝合金的相组织图，从图中可以看出，本发明制备的铝合金，其铝基体组织得以大幅细化，晶粒尺寸5
‑
20μm，且第二相得以细化，分布均匀。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。