[发明专利]一种高强抗疲劳原位纳米强化铝合金及其压铸方法

权利要求书

1.一种高强抗疲劳原位纳米强化铝合金，其特征在于：通过合金成分调控和原位纳米强化，并结合优化的非线性高压压铸获得晶内和晶界包含大量且分散均匀的纳米ZrB₂陶瓷增强体，晶内包含纳米Al₃Er析出相，以及包括共晶Si相，Mg2Si相，Al2Cu相和含Fe相在内的合金析出相细小、圆顿的压铸件；其具体化学成分的元素质量百分比为：Si 8.0～11.0，Cu2.0～3.5，Zr 3.0-5.0，B 0.5-1.0，Zn 1.5～2.5，Mg 0.5～1.0，Fe 1.0～1.5，Mn 0.5～1.0，Ni 0.5～1.0，Er 0.1-0.15，余量为Al；借助纳米增强体和纳米析出相的弥散强化、界面阻尼效应以及低固溶度的Er元素在合金熔体产生的Al₃Er相晶粒细化作用，显著提高合金构件的强塑性、抗疲劳和阻尼性能；与此同时，Mg、Zn和Fe元素含量的提高，以及Mn和Ni元素引入，在保障良好压铸性能、提高合金强化相含量的同时，使Al-Fe等合金强化相有效细化和圆顿化；从而，协同提高强塑性、抗疲劳性和阻尼性能。

2.如权利要求1所述的一种高强抗疲劳原位纳米强化铝合金的压铸方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)合金熔炼：将AlSi9Cu3合金熔化至750-780℃并保温；所述的AlSi9Cu3合金为商用合金，其具体化学成分的元素质量百分比为：Si 8.0～11.0，Cu 2.0～3.5，Zn 1.0～1.5，Mg0.3～0.5，Fe≤0.8，Mn 0.1～0.5，余量为Al；

(2)原位合成纳米ZrB₂纳米陶瓷增强体：将Al-Zr和Al-B中间合金加入步骤(1)熔炼并保温的熔体中并迅速升温至840-860℃，同时采用石墨搅拌转子搅动熔体以促进合金的充分混合，保温时间为10-15min，使合金中的Zr和B元素在自由能降低的驱动力下原位反应合成纳米ZrB₂陶瓷增强体，然后降温至730-750℃并保温，使得步骤(2)合金中锆硼元素的质量百分比达到Zr：3.0-5.0，B：0.5-1.0；

(3)引入Er和Ni元素，调整合金中Fe和Mn元素的含量并精炼除气：将Al-Er、Al-Fe和Al-Mn中间合金以及纯Ni加入步骤(2)所获得的复合熔体中，并采用石墨搅拌转子搅动以促进合金的充分混合，保温搅拌时间为10-15min；然后将粒度小于500μm的粉末状复合精炼剂用惰性气体通过石墨转子的中空通道吹入熔体中，对熔体进行精炼除气，以去除合金高温熔炼和反应过程中产生的夹渣和熔体中溶入的氢，精炼温度为730-750℃，精炼保温时间为25-30min，最终使步骤(3)合金中铒镍铁元素含量达到Er：0.1-0.15，Fe：1.0～1.5，Mn：0.5～1.0，Ni 0.5～1.0；

(4)调整Mg，Zn元素的含量：将步骤(3)获得的熔体降温至660-700℃并保温，然后将纯Mg和纯Zn采用钟罩压入精炼除气后的熔体中，启动石墨搅拌转子，并慢速搅拌，保温搅拌时间>15min，以使Mg，Zn溶入合金并避免熔体吸气，且使步骤(4)合金中镁锌元素含量达到Mg：0.5～1.0，Zn：1.5～2.5；

(5)非线性高压压铸：将步骤(4)获得的复合熔体置入压铸机的保温包中，采用优化的非线性压铸工艺进行压铸获得纳米复合强化压铸件，其中压射速度为从小到大的抛物线式压射；所述的非线性高压压铸工艺，是指采用压铸缸体速度可编程控制的压铸机，并优化其获得的非线性高压压铸工艺，以从避免熔体充型过程中的紊流和卷气、利于型腔中气体的排出并在充满型腔的瞬时高速高压下促进纳米增强体的浸润和分散，以获得组织缺陷少、性能优良的压铸产品；所述压射速度为从小到大的抛物线式压射、以实现前期缓慢充型2.5-3m/s，终了瞬间高速充型的非线性充型，最大压射速度达到40-50m/s，压铸压力达到100-150MPa；

(6)时效处理：将步骤(5)获得的压铸件进行时效处理，以获得高强抗疲劳且阻尼性能好的原位纳米强化铝合金压铸件。

3.如权利要求2所述的一种高强抗疲劳原位纳米强化铝合金的压铸方法，其特征在于，所述的Al-Zr、Al-B、Al-Er、Al-Fe和Al-Mn中间合金，选择合金化元素含量高的中间合金，具体为Al-10Zr、Al-10B、Al-20Er、Al-20Fe和Al-10Mn。