一种压铸稀土铝合金及其制备方法与流程

1.本发明涉及铝合金技术领域，特别是一种压铸稀土铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.压铸工艺作为一种高速、高压的近终成型工艺，具有生产效率高、尺寸精度高、力学性能优异、可以成型形状复杂和轮廓清晰的薄壁深腔铸件等特点，特别适合于导热散热器件的一体化成型。压铸铝合金可用于形状复杂的部件，在许多领域中得到了应用。
3.铸造铝合金产品通常采用引入固溶原子、析出强化相来强化合金，根据金属自由电子导热机制分析，铝合金中晶体点阵中缺陷、固溶原子或析出相会造成电场周期发生变化，从而导致导热电子的散射几率增加，降低电子的平均自由程，导致合金的导电导热性能下降。即材料杂质含量的增加，其电导率越低。目前主要通过以下途径提高铸造铝合金材料的导电率，一方面是控制材料杂质含量；另外一方面是在铝液熔炼时，对其进行变质和精炼处理。
4.在压铸铝合金生产过程中，加入稀土元素，能够起到变质、精炼净化、以及合金化等作用，当稀土含量较高时，会与合金中的其他元素开始形成许多含稀土元素的新相，粒子尺寸变得细小，这种变化在一定程度上强化了铝合金。同时稀土元素作为表面活性元素加到合金中，使得合金的铸态组织得以细化，减小了对传导电子的散射，从而使电阻率大幅度下降。
5.目前关于稀土对于压铸铝合金的研究，主要集中在向常用的压铸铝合金(al-si系、al-mg-si系、al-zn-mg(cu)系等)中添加微量单一稀土或混合稀土元素，探究元素对材料变质、净化作用，一般认为铝合金中的稀土元素添加量不超过0.5％为宜。而对于向纯铝中添加适量单一稀土或混合稀土元素，探究其同时作为强化元素、变质剂、净化剂三者之间的协同关系的研究尚有待进一步开发。
6.中国发明专利申请cn110079713b公开了一种具有高热导率的稀土改性压铸铝合金材料及其制备方法，其原料组分组成为：si7.0-11.0％、fe0.5-1.3％、cu0.5-2.5％、mg0.3-0.7％、zn0.3-0.7％、sr0.01-0.1％、la0.05-0.1％、ce0.05-0.1％，余量为铝。材料的热导率仅为150-160w/mk，延伸率仅为4.0-7.0％，材料导热(导电)效果及塑性较低，同时该方法添加中间合金种类繁多，增加了生产制造成本。
7.中国发明专利申请cn111485146b公开了一种高导热低si铸造铝合金及其制备方法，其原料组分组成为：2.5～4.5％si；2.0～3.0％zn；0.8～1.2％fe；0.2～0.4％mg；0.1～0.3％co；0.03～0.1％sr；0.02％～0.05％b；0.05～0.15％re；余量为al。该方法获得材料的热导率仅为160-180w/(mk)，材料散热(导电)效果并非特别理想，且所获得的伸长率不太高，影响了材料的塑性。
8.中国发明专利申请cn108118197b公开了一种高导热压铸铝合金材料的制备方法，其原料组分组成为：硅为＜0.2％；铁为0.5-1.8％；铜为＜0.2％；锰为＜0.2％；镁为＜0.2％，锌为＜0.2％，镍为0.2-0.8％；钴为≤0.2％；铅为≤0.1％；锡≤0.01％，镉为≤
0.01％，稀土镧元素0.1-0.4％，其他杂质总量和不超过0.3％；且镁硅重量比为0.02-0.07:1；余量为铝；材料电导率达到53.7％iacs及以上。但是该方法没有提及合金力学性能，限制了生产大型复杂的压铸件。
9.因此需要开发出高导电(导热)率、兼具一定的力学性能、耐腐蚀性能、容易脱模且无需热处理的压铸铝合金，对于改善现有稀土铝合金的性能和设计有很大意义。


技术实现要素：

10.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
11.鉴于上述和/或现有的压铸稀土铝合金中存在的问题，提出了本发明。
12.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种压铸稀土铝合金及其制备方法。
13.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种压铸稀土铝合金，以重量百分含量计，除铝外还包括，稀土元素含量为1.0wt％～7.0wt％，fe含量为0.5wt％～1.5wt％，其他杂质元素总百分含量＜0.6wt％，余量为al。
14.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：所述压铸稀土铝合金，具有至少80mpa的屈服强度，至少15％的延伸率，和至少50％iacs的导电性
15.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：所述稀土元素含量为2.0wt％～6.0wt％。
16.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：所述fe含量为0.8wt％～1.0wt％。
17.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：其他杂质元素总百分含量＜0.5wt％。
18.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：所述稀土为铈元素，或者镧元素，或者两者均有。
19.本发明其中另外一个目的是提供一种制备压铸稀土铝合金的制造方法，用以改善现有铝合金的性能。
20.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种制备压铸稀土铝合金的制造方法，其包括如下步骤：定量配置原料；在熔炼炉中加入纯铝锭，加热使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体；将所述第一熔体进行精炼，除氢，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将所述第二熔体进行压铸成型形成压铸稀土铝合金
21.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：原料进入熔炼炉前，先进行烘干处理。
22.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：在形成所述第一熔体后，对第一熔体进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值。
23.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：在将所述第一熔体进行精炼时，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气。
24.作为本发明所述压铸稀土铝合金的一种优选方案，其中：在进行压铸第二熔体时，压铸温度为720℃。
25.本发明有益效果为：
26.1、本发明简化了合金成分，通过控制fe、ce、la元素的含量即可调整材料性能。保证了材料高导电性，同时具有一定的强韧性，产品在压铸过程中不会发生形变，并且制备方法操作简单，易于产业化生产；
27.2、本发明中稀土与fe结合形成al-fe金属间化合物，改变了铁的存在形态，可提高纯铝的屈服强度和伸长率。同时，稀土加入后，使得合金的铸态组织得以细化，减小了对传导电子的散射，从而改善压铸铝合金的导电性能。
附图说明
28.图1为实施例5中压铸稀土铝合金的应力应变曲线。
具体实施方式
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
30.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
31.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
32.实施例1
33.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.906wt％，ce：2.045wt％，la：0.146wt％，其他杂质总和：0.40wt％，其余为铝，按照质量比fe：ce：la＝0.906：2.045：0.146的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，防止原料中的水分遇高温而发生爆炸，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，也就是将第一熔体中的各元素比例调整到fe：ce：la＝0.906：2.045：0.146，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用氮气作为载流气体进行除气，净化熔体，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模。
34.需要指出的是，其他杂质是指li、mo、na、v等元素。
35.需要说明的是，熔体中的杂质会影响熔体纯净度，无钠打渣剂可以净化熔体，同时不引入钠元素，避免对后续压铸试棒材料性能的影响；而在进行除气时，采用惰性气体即可，但是由于氮气价格更实惠，所以优选采用氮气作为载流气体。
36.实施例2
37.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.907wt％，ce：2.344wt％，la：0.166wt％，其他杂质总和：0.38wt％，其余为铝，按照质量比fe：ce：la＝0.907：2.344：0.166的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，
3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模。
46.实施例7
47.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.902wt％，ce：4.843wt％，la：0.256wt％，其他杂质总和：0.60wt％，其余为铝，按照质量比fe：ce：la＝0.902：4.843：0.256的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模。
48.实施例8
49.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.694wt％，ce：3.253wt％，la：0.175wt％，其他杂质总和：0.43wt％，其余为铝，按照质量比fe：ce：la＝0.694：3.253：0.175的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模。
50.实施例9
51.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：1.324wt％，ce：3.652wt％，la：0.195wt％，其他杂质总和：0.41wt％，其余为铝，按照质量比fe：ce：la＝1.324：3.652：0.195的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模。
52.实施例10
53.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.916wt％，ce：3.447wt％，la《0.0003wt％，其他杂质总和：0.33wt％，其余为铝，按照质量比fe：ce＝0.916：3.447的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模，需要说明的是，本实施例中不添加la元素，但是稀土中肯定会含有一定的la元素，所以只能尽量控制la的占比《0.0003wt％。
54.实施例11
55.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.904wt％，ce：4.762wt％，la《0.0003wt％，其他杂质总和：0.35wt％，其余为铝，按照质量比fe：ce＝0.904：4.762的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模，需要说明的是，本实施例中不添加la元素，但是稀土中肯定会含有一定的la元素，所以只能尽量控制la的占比《0.0003wt％。
56.实施例12
57.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.954wt％，ce《0.003wt％，la：3.439wt％，其他杂质总和：0.41wt％，其余为铝，按照质量比fe：la＝0.954：3.439的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模。需要说明的是，本实施例中不添加ce元素，但是稀土中肯定会含有一定的ce元素，所以只能尽量控制ce的占比《0.0003wt％。
58.实施例13
59.一种压铸稀土铝合金，其各组的重量百分比如下：fe：0.939wt％，ce《0.003wt％，la：4.515wt％，其他杂质总和：0.42wt％，其余为铝，按照质量比fe：la＝0.939：4.515的比例进行混合形成原料，将原料进行烘干处理，在熔炼炉中加入纯铝锭加热至740℃-760℃使其熔化，熔化后加入剩余元素的合金，形成第一熔体。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行成分分析，调整第一熔体成分至设定值，把合金成分合格的第一熔体温度调节至720℃，在熔体表面加入无钠打渣剂，采用惰性气体作为载流气体进行除气，待精炼15-20分钟后，除去铝液表面浮渣，形成第二熔体；将第二熔体进行压铸成型，压射速度为3.2-3.6m/s；生产过程中使用的模具为直径为6.4mm的试棒模。需要说明的是，本实施例中不添加ce元素，但是稀土中肯定会含有一定的ce元素，所以只能尽量控制ce的占比《0.0003wt％。
60.实施例14
61.对实施例1～13中制得的合金材料进行测定，见表1。
62.表1 元素含量表及合金的力学性能与电导率性能
[0063][0064][0065]
根据表1可得，实施例1～13中制得合金材料在屈服强度、延伸率上电导率均优于现有的合金材料，配比和加工步骤中的参数设置为优选方案。
[0066]
而我方发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0067]
1、本发明简化了合金成分，通过控制fe和稀土(ce和/或la)元素的含量即可调整材料性能。保证了材料高导电性，同时具有一定的强韧性、耐腐蚀性能，产品在压铸过程中不会发生形变。
[0068]
2.本发明中稀土与fe结合形成al-fe金属间化合物，有效改变压铸铝合金中富铁多元金属间化合物形态，可提高纯铝的屈服强度和伸长率。同时，一定量的稀土加入后，使得合金的铸态组织得以细化，减小了对传导电子的散射，从而改善压铸铝合金的导电性能。
[0069]
3、优化的合金成分可以提供压铸生产节拍。本发明公开的压铸稀土铝合金，其力学性能可实现屈服强度＞80mpa，延伸率＞15％，电导率＞50％iacs。方法操作简单，易于产业化生产。
[0070]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。