CN104264016B - 一种铝硅合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型铝硅合金材料及其制备方法。该铝硅合金材料的成分包括：15～20wt％的硅，0.2～0.5wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质；制备方法：以纯铝、纯硅以及镧铈系混合稀土熔炼后浇注冷却脱模得到包含20wt％的硅，0.2～0.5wt％混合稀土的过共晶铝硅合金铸锭；将合金铸锭破碎清洗；喷射成形制备过共晶铝硅合金沉积坯体，对沉积坯体进行热压致密化，获得致密化的合金块材，对热压得到的合金样品继续进行两次热压延展，获得致密的过共晶铝硅合金块材样品，即新型铝硅合金材料。与现有技术相比，本发明制备的新型铝硅合金材料具有高导电性能和良好机械性能，主要用于制造汽车发动机活塞、空调压缩机以及其他行业的抗磨损件。

Description

一种铝硅合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，尤其是涉及一种铝硅合金材料及其制备方法。

背景技术

过共晶铝硅合金具有密度低、导热性好、热膨胀系数小、耐磨、耐腐蚀、尺寸稳定性好等特点，是一种极有发展前途的铝合金材料。近年来在包括德国、日本、美国以及韩国的汽车发动机的应用得到快速发展，被广泛应用于汽车工业、航空航天、电子封装等产业中，并且由于其高导电率在电工材料领域方面具有巨大的应用前景。

虽然过共晶铝硅合金近年来发展非常迅速，但也面临着很多的瓶颈和技术难点。传统的铸造条件下，由于在析出初晶硅时会释放出大量的结晶潜热，过共晶铝硅合金具有良好的流动性。随着合金中硅含量的增加，线收缩率减小，但合金的结晶范围增大，缩松倾向增大，气密性降低，合金的铸造性能也随之下降。在常规铸造条件下获得的过共晶铝硅合金中往往存在粗大的块状初晶硅和长针状共晶硅组织，使Al基体的连续性被严重割裂。在初晶硅相的尖端或棱角处往往会引起应力集中，导致合金容易沿晶粒的边界处或者粗大的板片状初晶硅自身开裂形成裂纹，使合金变脆，恶化合金的机械性能，严重的限制了合金的应用范围。硅相的形态，尺寸及分布状况是影响过共晶铝硅合金性能的重要因素，如何制备Si相细小且分布均匀的合金组织是目前国内外关于过共晶Al-Si合金材料的研究热点之一。

因此，我们迫切需要新的工艺制备Si相细小且分布均匀的合金组织，从而获得具有高导电性能和良好机械性能的过共晶铝硅合金材料。

喷射成形是一种快速凝固技术，其特点是能够把金属的雾化过程与成型过程结合在一起，实现了大尺寸的快速凝固材料的一次成型，直接从液态金属中制取具有快速凝固组织、整体致密的高性能材料。与其它制备工艺相比，采用喷射成形技术制备的过共晶铝硅合金具有以下明显的优势：(1)由于喷射成形技术使合金熔体具有更高的冷却速度和更大的过冷度，合金熔体在凝固过程中可以萌生出更多的晶核，且由于晶核生长时间很短，合金的微观组织得到显著细化。(2)利用喷射成形技术可以显著提高合金元素固溶度这一特点，可以过共晶铝硅二元合金系为基础，加入其它合金元素有针对性地提高合金的性能，增加了材料的可设计性。加入硅元素则可以提高材料的耐磨性，降低材料的热膨胀系数和密度等，采用铸造方法制备过共晶铝硅合金的Si含量最高只能达到25％左右，而采用喷射成形技术则可以突破这个限制，相关性能大幅提高，目前已经可以制备Si含量高于50％用于电子封装行业的过共晶硅铝合金。

由于喷射成形工艺的特点，所制得的铝硅合金虽然硅相显著细化，但仍具有一定的孔隙率，且铝基体中硅的固溶度较高，这些都大大降低了合金的导电率。如果在熔炼合金时能添加适当的稀土元素，使得固溶在铝中的硅在晶界析出；再进行致密化热挤压处理以及塑性变形工艺时，能够制定适当的工艺参数，使得饱和固溶在铝中的硅在后续加工的过程中析出，以得到铝基体和细小的硅相两相均匀分布的近乎于完全致密化的材料，材料的导电率必将大大提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高导电和良好机械性能的铝硅合金材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种铝硅合金材料，该铝硅合金材料成分包含：15～20wt％的硅，0.2～0.5wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质；按元素组成表示为Al-(15～20)Si-(0.2～0.5)Re；其中Re表示混合稀土。所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La 32～33wt％、Ce 62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。

作为优选，该铝硅合金材料成分包含：20wt％的硅，0.35wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质。

作为优选，所述的混合稀土成分包含：La 32.6wt％、Ce 62.6wt％、O 1.6wt％、F0.3wt％、Fe 0.54wt％、Al 0.39wt％、Mg 0.24wt％、P 0.17wt％、Cl 0.16wt％、Zn0.12wt％及不可避免的杂质。

一种铝硅合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按15～20wt％的硅，0.2～0.5wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质的成分配好母合金样品成分，采用井式电阻炉和石墨坩埚进行熔炼。由于Si熔点高，易浮于Al液上方，故在熔炼前将块状Si破碎成直径大约在10～30mm的小颗粒，取纯铝完全熔化后，分多次加入纯硅，对合金熔体进行反复搅拌，以保证浮于Al液上层的Si熔化并均匀分布，待Al、Si完全熔化后，加入0.2～0.5wt％混合稀土，混合均匀，之后浇注冷却脱模得到包含15～20wt％硅与0.2～0.5wt％混合稀土的过共晶铝硅合金铸锭；

所述的纯铝为纯度不低于99.95wt％的工业级铝锭，所述的纯硅为硅含量不低于99.9wt％工业级结晶硅，所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La 32～33wt％、Ce62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。

(2)过共晶铝硅合金铸锭清洗：将熔炼得到的过共晶铝硅合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗，取出后晾干待用。

(3)喷射成形制备过共晶铝硅合金圆锭：将步骤(2)中清洗得到的块体合金中频感应加热至900～1100℃，使其融化，然后以N₂为雾化气体，在雾化压强为1.0～1.5Mpa下，喷射成形制备过共晶铝硅合金圆锭，具体过程如下：

将步骤(2)中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中，其中坩埚使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流管，对块体合金进行中频感应加热至900～1100℃，使块体合金融化，融化后的熔体在惰性气体保护下，通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形，雾化气体为N₂，雾化压强为1.0～1.5Mpa，熔体在导流管内质量流率为1.7～1.8kg/min，雾化距离为600～700mm，在雾化的同时，底部沉积盘以每分钟90～150转的转速旋转，熔体沉积在底部沉积盘上，得到过共晶铝硅合金圆锭。

(4)热压致密化：对步骤(3)得到的过共晶铝硅合金圆锭进行热压使其更加致密化，热压致密化的加压方式为单向加压，热压压强设置为300～500Mpa，热压温度为250～400℃，保温时间1～3h，获得致密化的喷射沉积过共晶铝硅合金。

(5)热压延展：对步骤(4)得到的合金样品进行线切割，将其分成大小为20mm×40mm的两块合金样品，一块用于做各种性能测试和结构测试，另外一块则置于热压模具的物料池中，将其位置摆放正中，进行第二次热压。在这个过程中，由于块体样品摆置于物料池的正中，样品的两个自由端可以向模具的内壁延伸，以达到同时向水平方向两侧进行延展变形的目的。热压温度为250～400℃，保温时间1～3h，热压压强设置300～500MPa，获得热压所得合金块材样品。

在热压变形后的块体材料上经线切割取20mm×40mm的样品，置于物料池中，位置摆放正中，进行第三次热压。热压温度为250～400℃，保温时间1～3h，热压压强设置300～500MPa，获得合金块材样品。

对制备得到的过共晶铝硅合金块材进行性能检测，包括：(1)致密度检测；(2)导电性能测试；(3)力学性能测试；(4)显微组织形貌研究。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)铝铁合金为常见的耐热铝合金，并且耐腐蚀性好，主要用作集流体材料，同时一般对铝铁合金的研究是为了提高耐热性和耐腐蚀性能。而本专利的过共晶铝硅合金是为了得到高导电率和良好机械性能的铝硅合金材料，从而应用于汽车发动机方面，本专利目的是为了提高导电率和机械性能。另外，本发明选择过共晶铝硅合金作为导电材料的原料，它不仅价格低廉、密度低、导热性好、热膨胀系数小、耐磨性好，电导率也非常高。

(2)添加稀土元素斓和铈可以减少固溶在铝基体中的硅，斓-铈混合稀土的加入可以有效降低固溶硅对铝导体导电率的影响。因此本发明在设计合金成分时，加入斓-铈混合稀土，通过变质处理改变析出硅的形态，使粗片状硅、针状硅转变为纤维状，提高过共晶铝硅合金的导电率。

(3)本发明采用喷射成型技术制备包含20wt％硅、0.2～0.5wt％混合稀土、余量为铝的过共晶铝硅合金材料，将金属的雾化过程与成型过程相结合，实现大尺寸快速凝固材料的一次成型，直接从液态金属中获得快速凝固组织，提高材料的致密度，细化合金中的硅相，从而提升过共晶铝硅合金的导电性能。

(4)本发明的铝硅合金材料，由于添加元素不同于常见的铝铁合金，因此，制备工艺不同于铝铁合金的制备工艺，铝铁合金只需要通过喷射成形制备出来(不需要热挤压)，而本发明中，喷射成形制备出来的过共晶铝硅合金中铝基体中硅含量的固溶度很高，因此还需要进行热挤压处理以及塑性变形工艺(即两次热挤压处理)，使得饱和固溶在铝中的硅在后续加工的过程中析出，并且降低孔隙率，从而提高导电率。本发明综合采用喷射成形、热压烧结、热压变形等多种先进制备工艺，在保持相对较高的硅含量条件下，得到铝基体和细小的硅相两相均匀分布的近乎于完全致密化的过共晶铝硅合金材料。

(5)本发明制备的过共晶铝硅合金具有较高的导电率和机械性能，主要用于输配电行业的熔断器、开关等输配电设备上。

附图说明

图1为本发明中喷射成形使用设备的结构示意图；

图2为本发明中整个热压工艺(包括热压成形与热压延展)流程图；

图3为铸态Al-20Si-0.2RE合金的SEM背散射图；

图4为热压致密和热压延展后的喷射沉积态Al-20Si-0.2RE合金的显微组织图；

图5为热压致密和热压延展后的喷射沉积态Al-20Si-0.2RE合金的纳米划痕深度曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

将纯度不低于99.5wt％的纯铝锭、纯硅以及块状镧-铈混合稀土按Al-20Si-0.2RE配好母合金样品成分，共计5公斤。由于Si熔点高，易浮于Al液上方，故在熔炼前将块状Si破碎成直径大约在10～30mm的小颗粒。待纯铝完全熔化后，分多次加入纯硅，对合金熔体进行反复搅拌，以保证浮于Al液上层的Si熔化并均匀分布。待Al、Si完全熔化后，混合稀土以块状形式加入，并电磁搅拌混合均匀，然后浇注到砂型精密模中，冷却至室温，脱模得到铸态Al-20Si-0.2RE合金试样，SEM背散射图像如图3所示。将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备(如图1所示)的坩埚中，中频感应加热至熔体温度为900～1000℃，N₂雾化压强为1.1Mpa，制备得到喷射沉积态Al-20Si-0.2RE合金。使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流，导流管直径为3mm，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，熔体质量流率经过测算约为1.7kg/min，雾化距离为600mm，底部沉积盘转速为每分钟90转，喷射沉积Al-20Si-0.2RE合金。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化，加压方式为单向加压，热压压强设置为300Mpa，热压温度为250℃，保温时间1.5h，获得致密化的热压态Al-20Si-0.2RE合金。对合金样品进行线切割，将其分成大小为20mm×40mm的两块合金样品，一块用于做各种性能测试和结构测试，另外一块则置于热压模具的物料池中，将其位置摆放正中，进行第二次热压。在这个过程中，由于块体样品摆置于物料池的正中，样品的两个自由端可以向模具的内壁延伸，以达到同时向水平方向两侧进行延展变形的目的。热压温度为250℃，保温时间1h，热压压强设置400MPa，热压所得Al-20Si-0.2RE合金块材样品。在热压变形后的块体材料上经线切割取20mm×40mm的样品，置于物料池中，位置摆放正中，进行第三次热压。热压温度为250℃，保温时间1h，热压压强设置400MPa，获得合金块材样品，显微组织如图4所示。

整个热压工艺流程(包括热压成形与热压延展)的示意图如图2所示。

本实施例中喷射成形使用设备的结构如图1所示，腔体1的顶部外由上到下依次设有感应加热坩埚4与中间包5，感应加热坩埚4与中间包5的外侧设有保护气氛罩3，中间包5的出口接导流管6，导流管6的出口处设有双层非限制式气流雾化喷嘴7，导流管6的出口端位于双层非限制式气流雾化喷嘴7的中间，双层非限制式气流雾化喷嘴7与雾化器管路2连接，导流管6与双层非限制式气流雾化喷嘴7之间为分离式配合方式，底部沉积盘10设在腔体1内部，熔融金属在感应加热坩埚4中感应加热后，倾倒入中间包5，经过导流管6被双层非限制式气流雾化喷嘴7雾化，雾化金属8进入到腔体1内后，沉积在底部沉积盘10上，形成沉积坯圆锭9。

表1 镧-铈混合稀土成分组成

本实施例在不同工艺下得到的Al-20Si-0.2RE合金的材料性能如表2～表4所示。

表2 不同制备工艺的Al-20Si-0.2RE合金的致密度

表3 不同制备工艺的Al-20Si-0.2RE合金的硬度值(载荷2kg)

表4 不同制备工艺的Al-20Si-0.2RE合金的导电率

从表2与表3可以看出经过喷射沉积、热压烧结、热压变形得到的Al-20Si-0.2RE合金具有更大的致密度与密度，且材料的硬度更高，本实施例得到的Al-20Si-0.2RE合金硬度比常见的3003铝合金硬度(38.9HV)高2倍以上。

从表4可以看出，喷射沉积态Al-20Si-0.2RE合金的导电率明显高于铸造态，并且随着热压次数的增加，合金的导电率逐渐升高，两次热压延展之后，合金的导电率升高到34％IACS左右。

热压致密和热压延展2次后的Al-20Si-0.2RE合金纳米划痕深度曲线如图5所示。沉积坯体三次热压后的平均划痕深度为1704nm，平均划痕宽度为13.621μm，对应的铸造态的平均划痕深度为2400nm，平均划痕宽度为19.625μm。划痕宽度和划痕深度越小，显微硬度越大。由图5可见，经过喷射沉积、热压烧结、热压延展到的Al-20Si-0.2RE合金的显微硬度更高。

实施例2

将纯度不低于99.5wt％的纯铝锭、纯硅以及块状镧-铈混合稀土按Al-20Si-0.35RE配好母合金样品成分，共计5公斤。由于Si熔点高，易浮于Al液上方，故在熔炼前将块状Si破碎成直径大约在10～30mm的小颗粒。待纯铝完全熔化后，分多次加入纯硅，对合金熔体进行反复搅拌，以保证浮于Al液上层的Si熔化并均匀分布。待Al、Si完全熔化后，混合稀土以块状形式加入，并电磁搅拌混合均匀，然后浇注到砂型精密模中，冷却至室温，脱模得到铸态Al-20Si-0.35RE合金试样。将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备的坩埚中，中频感应加热至熔体温度为900～1000℃，N₂雾化压强为1.4Mpa，制备得到喷射沉积态Al-20Si-0.35RE合金。使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流，导流管直径为3mm，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，熔体质量流率经过测算约为1.78kg/min，雾化距离为650mm，底部沉积盘转速为每分钟120转，喷射沉积Al-20Si-0.35RE合金。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化，加压方式为单向加压，热压压强设置为500Mpa，热压温度为300℃，保温时间1h，获得致密化的热压态Al-20Si-0.35RE合金。对合金样品进行线切割，将其分成大小为20mm×40mm的两块合金样品，一块用于做各种性能测试和结构测试，另外一块则置于热压模具的物料池中，将其位置摆放正中，进行第二次热压。在这个过程中，由于块体样品摆置于物料池的正中，样品的两个自由端可以向模具的内壁延伸，以达到同时向水平方向两侧进行延展变形的目的。热压温度为300℃，保温时间1h，热压压强设置500MPa，热压所得Al-20Si-0.35RE合金块材样品。在热压变形后的块体材料上经线切割取20mm×40mm的样品，置于物料池中，位置摆放正中，进行第三次热压。热压温度为300℃，保温时间1h，热压压强设置500MPa，获得Al-20Si-0.35RE合金块材样品。

本实施例在不同工艺下得到的Al-20Si-0.35RE合金的材料性能如表5～表7所示。

表5 不同制备工艺的Al-20Si-0.35RE合金的致密度

表6 不同制备工艺的Al-20Si-0.35RE合金的硬度值(载荷2kg)

表7 不同制备工艺的Al-20Si-0.35RE合金的导电率

从表5～表7看出，本实施例制备的快速凝固Al-20Si-0.35RE材料具有较高的致密度和密度以及较高的硬度和导电率。

实施例3

将纯度不低于99.5wt％的纯铝锭、纯硅以及块状镧-铈混合稀土按Al-20Si-0.5RE配好母合金样品成分，共计5公斤。由于Si熔点高，易浮于Al液上方，故在熔炼前将块状Si破碎成直径大约在10～30mm的小颗粒。待纯铝完全熔化后，分多次加入纯硅，对合金熔体进行反复搅拌，以保证浮于Al液上层的Si熔化并均匀分布。待Al、Si完全熔化后，混合稀土以块状形式加入，并电磁搅拌混合均匀，然后浇注到砂型精密模中，冷却至室温，脱模得到铸态Al-20Si-0.5RE合金试样。将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备的坩埚中，中频感应加热至熔体温度为1000～1100℃，N₂雾化压强为1.4Mpa，制备得到喷射沉积态Al-20Si-0.5RE合金。使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流，导流管直径为3mm，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，熔体质量流率经过测算约为1.78kg/min，雾化距离为700mm，底部沉积盘转速为每分钟150转，喷射沉积Al-20Si-0.5RE合金。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化，加压方式为单向加压，热压压强设置为500Mpa，热压温度为300℃，保温时间1.5h，获得致密化的热压态Al-20Si-0.5RE合金。对合金样品进行线切割，将其分成大小为20mm×40mm的两块合金样品，一块用于做各种性能测试和结构测试，另外一块则置于热压模具的物料池中，将其位置摆放正中，进行第二次热压。在这个过程中，由于块体样品摆置于物料池的正中，样品的两个自由端可以向模具的内壁延伸，以达到同时向水平方向两侧进行延展变形的目的。热压温度为300℃，保温时间1.5h，热压压强设置500MPa，热压所得Al-20Si-0.35RE合金块材样品。在热压变形后的块体材料上经线切割取20mm×40mm的样品，置于物料池中，位置摆放正中，进行第三次热压。热压温度为300℃，保温时间1.5h，热压压强设置500MPa，获得Al-20Si-0.5RE合金块材样品。

本实施例在不同工艺下得到的Al-20Si-0.5RE合金的材料性能如表8～表10所示。

表8 不同制备工艺的Al-20Si-0.5RE合金的致密度

表9 不同制备工艺的Al-20Si-0.5RE合金的硬度值(载荷2kg)

表10 不同制备工艺的Al-20Si-0.5RE合金的导电率

从表8～表10看出，本实施例制备的快速凝固Al-20Si-0.5RE材料具有较高的致密度和密度以及较高的硬度和导电率。

实施例4

将纯度不低于99.5wt％的纯铝锭、纯硅以及块状镧-铈混合稀土按Al-15Si-0.35RE配好母合金样品成分，共计5公斤。由于Si熔点高，易浮于Al液上方，故在熔炼前将块状Si破碎成直径大约在10～30mm的小颗粒。待纯铝完全熔化后，分多次加入纯硅，对合金熔体进行反复搅拌，以保证浮于Al液上层的Si熔化并均匀分布。待Al、Si完全熔化后，混合稀土以块状形式加入，并电磁搅拌混合均匀，然后浇注到砂型精密模中，冷却至室温，脱模得到铸态Al-15Si-0.35RE合金试样。将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备的坩埚中，中频感应加热至熔体温度为950～1000℃，N2雾化压强为1.4Mpa，制备得到喷射沉积态Al-15Si-0.35RE合金。使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流，导流管直径为3mm，采用双层非限制式气流雾化喷嘴，熔体质量流率经过测算约为1.78kg/min，雾化距离为650mm，底部沉积盘转速为每分钟110转，喷射沉积Al-15Si-0.35RE合金。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化，加压方式为单向加压，热压压强设置为400Mpa，热压温度为300℃，保温时间1h，获得致密化的热压态Al-15Si-0.35RE合金。对合金样品进行线切割，将其分成大小为20mm×40mm的两块合金样品，一块用于做各种性能测试和结构测试，另外一块则置于热压模具的物料池中，将其位置摆放正中，进行第二次热压。在这个过程中，由于块体样品摆置于物料池的正中，样品的两个自由端可以向模具的内壁延伸，以达到同时向水平方向两侧进行延展变形的目的。热压温度为300℃，保温时间1h，热压压强设置400MPa，热压所得Al-15Si-0.35RE合金块材样品。在热压变形后的块体材料上经线切割取20mm×40mm的样品，置于物料池中，位置摆放正中，进行第三次热压。热压温度为300℃，保温时间1h，热压压强设置400MPa，获得Al-15Si-0.35RE合金块材样品。

本实施例在不同工艺下得到的Al-15Si-0.35RE合金的材料性能如表11～表13所示。

表11 不同制备工艺的Al-15Si-0.35RE合金的致密度

表12 不同制备工艺的Al-15Si-0.35RE合金的硬度值(载荷2kg)

表13 不同制备工艺的Al-15Si-0.35RE合金的导电率

从表11～表13看出，本实施例制备的快速凝固Al-15Si-0.35RE材料具有较高的致密度和密度以及较高的硬度和导电率。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铝硅合金材料的制备方法，其特征在于，该铝硅合金材料成分包含：15～20wt％的硅，0.2～0.5wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质；

所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La 32～33wt％、Ce 62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质；

该方法包括以下步骤：

(1)取纯铝完全熔化后，分多次加入纯硅，待Al、Si完全熔化后，加入混合稀土，混合均匀，之后浇注冷却脱模得到包含15～20wt％硅与0.2～0.5wt％混合稀土的过共晶铝硅合金铸锭；

(2)过共晶铝硅合金铸锭清洗：将熔炼得到的过共晶铝硅合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗，取出后晾干待用；

(3)喷射成形制备过共晶铝硅合金圆锭：将步骤(2)中清洗得到的块体合金中频感应加热至900～1100℃，使其融化，然后以N₂为雾化气体，在雾化压强为1.0～1.5Mpa下，喷射成形制备过共晶铝硅合金圆锭；

(4)热压致密化：对步骤(3)得到的过共晶铝硅合金圆锭进行热压致密化，获得致密化的喷射沉积过共晶铝硅合金；

(5)热压延展：对步骤(4)得到的合金样品继续进行两次热压，获得致密的过共晶铝硅合金块材样品，即铝硅合金材料。

2.根据权利要求1所述的一种铝硅合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的纯铝为纯度不低于99.95wt％的工业级铝锭，所述的纯硅为硅含量不低于99.9wt％工业级结晶硅，所述的混合稀土为镧-铈混合稀土，成分包含：La 32～33wt％、Ce 62～63wt％，余下为F、Fe、Al、Mg、P、Cl、Zn及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种铝硅合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中喷射成形制备过共晶铝硅合金圆锭的具体过程如下：

将步骤(2)中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中，其中坩埚使用氧化镁坩埚，坩埚底部为氮化硅导流管，对块体合金进行中频感应加热至900～1100℃，使块体合金融化，融化后的熔体在惰性气体保护下，通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形，雾化气体为N₂，雾化压强为1.0～1.5Mpa，熔体在导流管内质量流率为1.7～1.8kg/min，雾化距离为600～700mm，在雾化的同时，底部沉积盘以每分钟90～150转的转速旋转，熔体沉积在底部沉积盘上，得到过共晶铝硅合金圆锭。

4.根据权利要求1所述的一种铝硅合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)和(5)中热压致密化的加压方式为单向加压，热压压强设置为300～500Mpa，热压温度为250～400℃，保温时间1～3h。

5.根据权利要求1所述的一种铝硅合金材料的制备方法，其特征在于，该铝硅合金材料成分包含：20wt％的硅，0.35wt％的混合稀土，余量为铝及不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述的一种铝硅合金材料的制备方法，其特征在于，所述的混合稀土成分包含：La 32.6wt％、Ce 62.6wt％、O 1.6wt％、F 0.3wt％、Fe 0.54wt％、Al 0.39wt％、Mg 0.24wt％、P 0.17wt％、Cl 0.16wt％、Zn 0.12wt％及不可避免的杂质。