[发明专利]一种含铁铝合金的复合场处理及高压挤压成形方法

说明书

本发明公开了一种含铁铝合金的复合场处理及高压挤压成形方法，包括以下步骤：将含铁铝合金熔体倒入一容器内，将容器置于一电磁搅拌装置的磁场范围内，当含铁铝合金熔体的温度降低至预设温度时，将一超声波发生器浸入含铁铝合金熔体内，同时启动电磁搅拌装置和超声波发生器进行复合场处理，将经过超声和电磁搅拌的含铁铝合金熔体倒入一挤压机模具内进行高压挤压成形，即得到含细小富铁相组织的铝合金。本发明将超声和电磁搅拌这两种物理外场进行优劣互补，用于制备高质量的金属浆料，并使金属浆料在高压下凝固成形，得到常压凝固条件下无法形成的细小富铁相组织，以显著提高合金性能。

技术领域

本发明属于金属材料凝固控制技术领域，具体涉及一种含铁铝合金的超声/电磁复合场处理及高压挤压成形方法，它通过改变高含铁量铝合金中富铁相的形貌来提高合金的力学性能。

背景技术

废铝再生过程排放的污染物仅为原铝生产时所产生的10％，能耗仅为原铝生产的5％，所以废铝回收利用在全球铝业可持续发展中扮演着重要的角色。

铁元素是再生铝及铝合金中危害最大的杂质。因为铁在铝中的固溶度很低，一旦超过固溶度极限就与铝及其它合金元素化合，形成粗大针状或板片状富铁相，严重危害合金室温力学性能。因此杂质元素铁的去除已成为困扰再生铝行业发展的国际性难题。虽然针片状富铁相对铝合金室温性能不利，但是由于其熔点高、热稳定性好，能显著改善铝合金的高温性能。如果能细化高铁含量铝合金中的富铁相，则合金的室温和高温力学性能均会得到显著提高。这样不仅高含铁量铝合金的潜在性能优势能得到充分利用，而且对于扩大含铁再生铝原料的应用具有重大意义。

目前用于细化铝合金中富铁相的方法主要有喷射沉积、添加中和元素、熔体高温过热和超声处理等方法，但这些方法均存在缺陷。

喷射沉积方法不仅工艺复杂、成本高，而且由于气体截留和凝固收缩等原因，合金喷射沉积坯的显微组织中存在有一定量的孔隙，喷射沉积铝合金的孔隙度通常在1％-10％之间(Lavernia E J,Ayers J D,Srivatsan T S.Rapid solidification processingwith specific application to aluminum alloys.International Materials Reviews,1992,37:1-44.)。

添加中和元素方法一般添加Mn、Cr、Co等中和元素，而这些中和元素与Fe在铝合金熔体中易于形成比重较大的粗大初生α-Al₁₅(Fe,Mn,Cr)₃Si₂相而沉积于熔炼坩埚底部(Jorstad J L.Understanding Sludge.Die Casting Engineer,1986,12:30-36.)，这些沉渣容易被带入铸件中，危害铸件的机械加工性能。此外，添加中和元素方法不仅不能降低铝合金的含铁量，反而增加了新的元素，这给铝料的回收循环使用增加了难度。

熔体高温过热工艺的主要缺点是能耗高，且熔体温度过高会造成金属液吸气和氧化严重，并增加合金元素的烧损。