一种重稀土掺杂硅铝合金及其制备方法与流程

1.本发明属于铝合金材料技术领域，涉及一种重稀土掺杂硅铝合金及其制备方法。本合金适用于无人机光电吊舱的部件制造。


背景技术：

2.从上世纪90年代起，光电吊舱已经成为发达国家空军的标准配备。进入21世纪，随着技术的进步，航空光电吊舱的体积和重量进一步减小，并且在消防、边防巡逻、救灾、农业等领域航空光电吊舱的使用也越来越广泛。配备在无人机上的航空光电吊舱虽然单价较低，但需求数量更大。
3.传统的高端航空器件选用纯铍材，在力学、热学性能上具备其突出的优点。但面对快速增长的无人机光电吊舱市场，采用铍材料虽然能满足性能方面的要求，但是由于其价格、高毒性及由此带来的加工安全的制约，无疑难以满足造价和产量的需求。开发在热性能、力学性能等方面能替代铍的铝基材料，是实现无人机吊舱大规模生产、装备的必要手段。目前的铝合金为了提高其强度，通常是添加增强元素，如硅、锰、铁、铜、锌、银、镁、镍、锗、锡、镓、钪、钇、钴等，但是这些元素的添加，虽然能够提高铝合金的强度，但是其抗蚀性能，延展性能会受到影响而降，且高温软化快，热膨胀系数高，延伸率差，强度和热稳定性都难以满足无人机光电吊舱的使用要求。重稀土的定量掺入，改善了增强元素的分布和微合金化结构，使其更能满足部件在性能和加工方面的要求。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是为了提供一种重稀土掺杂硅铝合金及其制备方法，以满足无人机光电吊舱部件的制造要求。
5.本发明一种重稀土掺杂硅铝合金的通过采用如下技术方案达到：一种重稀土掺杂硅铝合金，在金属铝中掺有si、fe、cu、mn、mg、gr、zn、ti、zr和重稀土金属；按重稀土掺杂硅铝合金重量100份数计，各掺杂元素的组分为：si：5～20份；fe：0.08～0.15份cu：2.0～2.6份；mn：0.01～0.1份mg：1.9～2.6份；gr：0.01～0.04份；zn：5.7～6.7份；ti：0.04～0.06份；zr：0.1～0.14份；重稀土金属：5～20份。
6.并且：硅和稀土的质量比为：硅：稀土＝1:1。
7.一种重稀土掺杂硅铝合金的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1：对si、铝锭、重稀土金属稀土和其他原料进行预处理，主要采用研磨细化的方式使原料粒径在10mm以下，然后进行精确称量；步骤2：将si、fe、cu、mn、mg、gr、zn、ti、zr、重稀土金属和铝加入到熔炼炉的坩埚中，设置熔炼炉的温度并在开始熔融时不断搅拌，并向熔炼炉内通入稀有气体；步骤3：当搅拌均匀时将熔化后的熔液注入模具中，并对胚体进行热处理，通过调节热处理的温度和时间高低降低或消除偏析；步骤4：对胚料进行挤压处理，提高其机械性能；
步骤5：将坯料进行机械加工成所需的光电吊舱部件，对加工后的部件进行渗透探伤。
8.优选的，在步骤2中使用的干锅为石英制。
9.优选的，在步骤2中，加入的稀有气体为氦、氖、氩、氪和氙中的一种或多种，搅拌使用的器具是石英器具。
10.优选的，在步骤2中，熔炼加热范围为800～1200℃。
11.优选的，在步骤3中，热处理采用的是将工件加热到800～1000℃，长时间保温5～24小时后随炉冷却。
12.本发明的有益技术效果：按照本发明的一种重稀土掺杂硅铝合金及其制备方法，新型复合材料具有满足使用的要求的机械性能和热稳定性、良好的导热性能及安全性和高性价比，用其部分替代转无人机光电吊舱铍材部件，在满足环境服役性能要求的同时显著降低光电吊舱的制造和维护成本。
具体实施方式
13.为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
14.实施例一本实施例提供的一种重稀土掺杂硅铝合金，按重量份数计:si：5份，fe：0.08份，cu：2.0份，mn：0.01份，mg：1.9份，gr：0.01份，zn：5.7份，ti：0.04份，zr：0.1份，tb：5份，余量为铝。
15.制备方法包括以下步骤：步骤1：对原料进行预处理，采用研磨细化的方式使粒径《10mm，然后进行精确称量；步骤2：将si、fe、cu、mn、mg、gr、zn、ti、zr、tb和铝加入到熔炼炉的坩埚中，设置熔炼炉的温度并在开始熔融时不断搅拌，并向熔炼炉内通入稀有气体；步骤3：当搅拌均匀时将熔化后的熔液注入模具中，并对胚体进行热处理，通过调节热处理的温度和时间高低降低或消除偏析；步骤4：对胚料进行挤压处理，提高其机械性能；步骤5：将坯料进行机械加工成所需的光电吊舱部件，对加工后的部件进行渗透探伤。
16.在步骤2中，加入的稀有气体为氦，采用的坩埚为石英，搅拌使用的器具是石英器具，熔炼温度为800℃。在步骤3中，热处理采用的是将工件加热到800℃，保温5小时后随炉冷却。
17.实施例二本实施例提供的一种重稀土掺杂硅铝合金，按重量份数计， si： 20份，fe： 0.15份，cu： 2.6份，mn： 0.1份，mg：2.6份，gr： 0.04份，zn： 6.7份，ti： 0.06份，zr： 0.14份，gd： 10份，tb：10份，余量为铝。
18.制备方法包括以下步骤：步骤1：对原料进行预处理，采用研磨细化的方式使粒径《10mm，然后进行精确称
量；步骤2：将si、fe、cu、mn、mg、gr、zn、ti、zr、gd、tb和铝加入到熔炼炉的坩埚中，设置熔炼炉的温度并在开始熔融时不断搅拌，并向熔炼炉内通入稀有气体；步骤3：当搅拌均匀时将熔化后的熔液注入模具中，并对胚体进行热处理，通过调节热处理的温度和时间高低降低或消除偏析；步骤4：对胚料进行挤压处理，提高其机械性能；步骤5：将坯料进行机械加工成所需的光电吊舱部件，对加工后的部件进行渗透探伤。
19.在步骤2中，加入的稀有气体为氦，采用的坩埚为石英，搅拌使用的器具是石英器具，熔炼温度为1000℃。在步骤3中，热处理采用的是将工件加热到1000℃，保温24小时后随炉冷却。
20.实施例三本实施例提供的一种重稀土掺杂硅铝合金，按重量份数计， si：15份，fe：0.1份，cu：2.2份，mn：0.08份，mg：2.2份，gr：0.02份，zn：6份，ti：0.05份，zr：0.12份，gd：15份，余量为铝。
21.制备方法包括以下步骤：步骤1：对原料进行预处理，采用研磨细化的方式使粒径《10mm，然后进行精确称量；步骤2：将si、fe、cu、mn、mg、gr、zn、ti、zr、tb和铝加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度并在开始熔融时不断搅拌，并向熔炼炉内通入稀有气体；步骤3：当搅拌均匀时将熔化后的熔液注入模具中，并对胚体进行热处理，通过调节热处理的温度和时间高低降低或消除偏析；步骤4：对胚料进行挤压处理，提高其机械性能；步骤5：将坯料进行机械加工成所需的光电吊舱部件，对加工后的部件进行渗透探伤。
22.在步骤2中，加入的稀有气体为氦，采用的坩埚为石英，搅拌使用的器具是石英器具，熔炼温度为850℃。在步骤3中，热处理采用的是将工件加热到850℃，保温10小时后随炉冷却。