[发明专利]一种抗硅中毒铝合金晶粒细化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种抗硅中毒铝合金晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将衬底材料安装在夹具上，并固定在真空镀膜室中；步骤2，开启抽真空系统，通入氩气，并将室内气压提高至6～8Pa；步骤3，调整脉冲偏压电源的参数，随后开启脉冲偏压电源，放电清洗衬底表面；步骤4，充入反应气体，调整真空室内的气压，调整脉冲偏压参数，以钛铝合金作为靶材，开启多弧离子镀的弧源，达到设定的时间后停止，即完成抗硅中毒铝合金晶粒细化剂的制备。本发明采用真空镀膜技术制备纳米尺寸的AlTiCB镀层，用于细化含Zr或Si铝合金中的基体，避免因“Zr中毒”和“Si中毒”带来的细化消除衰退的问题。

技术领域

本发明涉及铝合金材料领域，具体涉及一种抗硅中毒铝合金晶粒细化剂的制备方法及应用。

背景技术

Al-Si系列合金具有良好的铸造性能、耐蚀性能和低的热膨胀系数，广泛应用于汽车、电子、通讯等领域。由于合金中含有较高含量(4～16％)的Si，且形态呈板条状，导致合金强度和塑性较差。组织细化是改善Al-Si合金及其铸件强韧性最为常用的有效方法之一。其中对共晶硅组织的变质已有成熟的工艺，如添加0.02％的Sr即可将粗大的板条状转变成细小的纤维状，显著提高合金的塑性。而对于亚共晶Al-Si合金(Si含量为低于12.6％)中的基体相，其细化剂及其工艺在行业内还存在争议。特别是变形铝合金中常用的Al-Ti-B细化剂，对Si含量超过4.0％的Al-Si合金无法获得理想的细化效果，即出现了的“硅中毒”现象，无法进一步提高合金的强韧性。随着新能源汽车、5G通讯领域对高强韧铸造铝合金铸件的需求，Al-Si合金的全组织细化已成为行业内共识，“硅中毒”已成为行业内急需解决的关键问题之一。

研究发现，B、RE等对Al-Si合金中基体组织均有一定的细化作用，但B与Sr之间可能存在毒化作用，而RE元素对基体组织的细化效果不及B，且添加量较高，应用前景不佳。CN109385542B公开了一种用于晶粒细化的铝铌硼合金杆的制备方法，该方法利用熔铸和热挤压相结合的办法，制备了杆状的铝铌硼晶粒细化剂，这克服了直接浇注成型时的NbAl3和NbB2颗粒易于团聚的问题，显著提高了其分布均匀性，制备的Al-Nb-B细化剂具有更强的抗衰退性能和更高的细化效率。但由于熔铸工艺的原因，Al-Nb-B铸锭本身存在明显的偏析，而后续的热挤压无法完全消除偏析的存在。

CN111996424B公开了一种TiCB-Al晶种合金、其制造方法及可遗传铝合金，该晶种合金主要由Al基体以及分散在Al基体上、尺寸为50nm-800nm的TiCB@TiBC晶种组成。该晶种合金主要通过将一定含量的Al-Al₃BC中间合金、海绵钛、工业纯铝在850℃-1300℃熔化，经保温、浇铸而成。该合金克服了Al-Ti-B细化剂对含Zr、Si合金的“中毒”技术瓶颈，实现了高效细化且不衰退，具有良好的细晶组织遗传性。但Al-Al3BC合金的本身制备成本较高，且晶种的反应温度较高，对于工业化生产存在一定的困难。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种抗硅中毒铝合金晶粒细化剂的制备方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种抗硅中毒铝合金晶粒细化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将衬底材料安装在夹具上，并固定在真空镀膜室中；

步骤2，开启抽真空系统，通入氩气，并将室内气压提高至6～8Pa；

步骤3，调整脉冲偏压电源的参数，随后开启脉冲偏压电源，放电清洗衬底表面；

步骤4，充入反应气体，调整真空室内的气压，调整脉冲偏压参数，以钛铝合金作为靶材，开启多弧离子镀的弧源，达到设定的时间后停止，即完成抗硅中毒铝合金晶粒细化剂的制备。

优选地，所述步骤1中，夹具能够自转和公转。

优选地，所述步骤1中，衬底材料为铝制品或表面光洁、形状规则的陶瓷。