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铝合金铸件和制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2022-03-18
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2022-07-08
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-11-18
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2042-03-18
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202210268456.0 申请日 2022-03-18
公开/公告号 CN114645167B 公开/公告日 2022-11-18
授权日 2022-11-18 预估到期日 2042-03-18
申请年 2022年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 C22C21/10C22C21/08C22C21/02C22C1/03B22D17/00 主分类号 C22C21/10
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 7
权利要求数量 8 非专利引证数量 0
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN106191491A 被引证专利
专利权维持 0 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 江苏科技大学 当前专利权人 江苏科技大学
发明人 欧阳春、简刚、申奥、汪海斌 第一发明人 欧阳春
地址 江苏省镇江市梦溪路2号 邮编 212008
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省镇江市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
南京正联知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
俞晓梅
摘要
本发明涉及铝合金铸件和制备方法,本发明的铝合金铸件以质量百分比计包含以下成分:Zn:5‑20%、Mg:5‑10%、Si:6‑10%、Cu:5.5‑8%、B:0.1‑0.25%、Mn:1.15‑2.11%、Y:0.1‑1.2%、余量为Al;本发明的制备方法包括将铝、锰、硼熔化后加压快速冷却制备中间合金,将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn熔化后与中间合金混合压铸后得到本发明铝合金铸件,本发明制备的铝合金铸件提高了力学性能,可应用于电子、电气及机械部件领域。
  • 摘要附图
    铝合金铸件和制备方法
  • 说明书附图:图1
    铝合金铸件和制备方法
  • 说明书附图:图2
    铝合金铸件和制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-11-18 授权
2 2022-07-08 实质审查的生效 IPC(主分类): C22C 21/10 专利申请号: 202210268456.0 申请日: 2022.03.18
3 2022-06-21 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种铝合金铸件的制备方法,其产品组成为:以合金总质量为基准,各组分含量以质量百分比计,由以下元素组成:
Zn:5‑20%
Mg:5‑10%
Si:6‑10%
Cu:5.5‑8%
B:0.1‑0.25%
Mn:1.15‑2.11%
Y:0.1‑1.2%
余量为Al,所述Y为稀土元素钇;
其特征在于所述铝合金铸件的制备方法包括以下步骤:
1)中间合金制备
将铝锭在氩气保护下升温至熔化,依次加入Mn块和B棒,完全熔化后升温到1500℃,然
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后将合金熔体施加压力2.5~5MPa后快速冷却,所述合金熔体快速冷却速度为10‑10℃/s,得到快速凝固的Al‑Mn‑B合金,粉碎,
得Al‑Mn‑B合金粉末;
2)制备压铸铝合金
21)将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn按配比备好;
22)将纯铝升温到完全熔化后再加入步骤1)所述合金以及纯Zn,搅拌均匀后,保温
20min,去渣扒灰,得到金属熔体;
3)、将步骤1)得到的Al‑Mn‑B合金粉末快速加入到所述金属熔体中,搅拌,保温,压铸得到铝合金铸件。

2.根据权利要求1所述的所述的制备方法,其特征在于:所述B含量为0.1‑0.2%。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述的施加压力为2.5~4MPa。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)快速冷却指合金熔体冷却速度
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为10‑10℃/s。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中所述快速冷却为将合金熔体施加压力后喷射到水冷铜模内连续冷却。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中金属添加的量以质量百分比计分别为:Mn:65%,Al:25%,B:10%。

7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤21)中纯铝、纯锌和各种合金预先在120℃进行烘干。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤3)中搅拌时间为2min,保温温度为720~750℃,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及金属合金和制备方法,具体而言涉及电气、电子及机械元件的铝合金铸件和制备方法。

背景技术

[0002] 电子产品诸如手提电脑、移动电话等在外观、功能上对更耐变形及高强度材料需求日益增长,尤其一些复杂结构件更要求重量轻、强度高的材料,因此研发高强度重量轻的铝合金需求不断增长。
[0003] 现有的压铸铝合金中,常见有铝硅合金、铝硅铜合金,其中铝硅合金占比大,一般铝硅合金铸件压铸性能好,但是力学性能一般,不能满足电子、电气产品对其材料的要求,因此本发明提出了一种铝合金铸件及其制备方法,提高了材料的力学性能。
[0004] 专利201180026725.2提供铝合金及其铸件,包括4‑13%SI、1‑5%Cu、26‑40%Zn、余量Al。

发明内容

[0005] 本发明目的是提供一种铝合金铸件,以铝合金总质量为基准,各组分含量以质量百分比计,包括以下元素组分:
[0006] Zn:5~20%
[0007] Mg:5‑10%
[0008] Si:6‑10%
[0009] Cu:5.5‑8%
[0010] B:0.1‑0.25%
[0011] Mn:1.15‑2.11%
[0012] Y:0.1‑1.2%
[0013] 余量为Al
[0014] 根据本发明所述的铝合金铸件,所述Y为稀土元素钇。
[0015] 其中所述B含量优选为0.1‑0.2%。
[0016] 本发明涉及组分含量全部以质量百分比计。
[0017] 本发明另一目的是提供铝合金铸件的制备方法,以提高铝合金铸件力学性能。
[0018] 为实现本发明目的,本发明采用如下技术方案。
[0019] 本发明制备方法包括以下步骤:
[0020] 1、中间合金制备
[0021] 将铝锭在氩气保护下升温至熔化,依次加入Mn块和B棒,其中添加的量分别为:Mn:65%,Al:25%,B:10%,待完全熔化后升温到1500℃,然后将合金熔体加压2.5‑5MPa后快速
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冷却,所述合金熔体快速冷却速度为10‑10℃/s,得到快速凝固的Al‑Mn‑B合金,粉碎所述合金;
[0022] 2、制备压铸铝合金
[0023] 1)将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn按配比备好;
[0024] 2)将纯铝升温到完全熔化后再加入步骤1)的所述合金以及纯Zn,搅拌均匀后,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体;3、将步骤1制得的快速凝固的Al‑Mn‑B合金粉末快速加入到所述金属熔体中,搅拌,保温,压铸得到铝合金铸件。
[0025] 步骤1中所述Al‑Mn‑B合金主要为AlMn相和AlB2相的混合物,在此本发明定义为Al‑Mn‑B合金,且AlMn相为ε‑AlMn相,本文中凡是提到Al‑Mn‑B合金皆主要为AlMn相和AlB2相的混合物;
[0026] 步骤1中所述合金优选施加压力2.5‑4MPa后快速冷却,快速冷却是为了合金熔体3
快速凝固,冷却速度小于10℃/s则不能得到本发明的快速凝固的Al‑Mn‑B,ε‑AlMn和AlB2中间合金相。
[0027] 进一步的,步骤1中所述快速冷却是将合金熔体施加压力后喷射到水冷铜模内连续冷却。
[0028] 步骤1中所述合金粉碎到颗粒直径约为0.5‑5mm大小。
[0029] 进一步的,步骤2中1)中所述合金优选在120℃进行烘干处理;
[0030] 进一步的,步骤3中搅拌时间2min,保温在720~750℃;
[0031] 进一步的,步骤3中所述压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s;
[0032] 步骤1中所述制备的快速凝固的Al‑Mn‑B合金保留了高温的ε‑AlMn与AlB2相,所述ε‑AlMn相作为异质形核基质,对压铸铝合金中α‑Al晶粒进行细化,增加晶界数量,增加的晶界可以缓解材料成型时所造成的应力集中,阻碍裂纹扩展,增大材料断裂前的变形量,从而提高合金的屈服强度和延伸率,晶粒细化对合金导热性能影响较小。
[0033] 所述AlB2相可以与铝合金熔体中的过渡族杂质元素形成硼化物而沉淀下来,起到净化作用并克服了晶粒细化作用造成热导率下降,明显提升合金导热率。
[0034] 所述Mg2Si相作为强化相,提升压铸铝合金的力学性能,从而减少铝合金的用量以达到设备轻量化的目的。
[0035] 所述稀土元素Y不仅可以细化铝合金晶粒,还增加压铸过程中液体流动性,有利于压制超薄结构铸件。
[0036] 优选单质金属含量≧99.9%,步骤2中所述纯铝纯度≧99.9%,为避免杂质对铝合金铸件性能的影响,优选合金中合金元素的合计含量为≧99.9%。
[0037] 所述铝合金铸件中各元素按配比含量加入。
[0038] 有益效果
[0039] 相对于现有技术,本发明制备的铝合金铸件屈服强度、抗拉强度及硬度均优于对比实施例数据,屈服强度≥278Mpa,抗拉强度≥345Mpa,硬度≥140HV,因此本发明采用添加快速凝固Al‑Mn‑B中间合金制备铝合金铸件的方法,能够得到屈服强度、抗拉强度及硬度高的铝合金铸件,。

实施方案

[0042] 下面结合具体实施例,进一步描述本发明。
[0043] 表2中屈服强度和抗拉强度为室温拉伸样品参照GBT228‑2008标准测定,维氏硬度采用Wilson Instruments公司生产的2100B维氏硬度计,实验条件为100g保压10s。
[0044] 实施例1、快速凝固的Al‑Mn‑B合金制备
[0045] 将纯铝在氩气保护下升温至熔化,依次加入Mn块和B棒,其中添加的量分别为:Mn:65%,Al:25%,B:10%,待完全熔化后升温到1500℃,然后将合金熔体加压2.5MPa喷射到直
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径为10mm的水冷铜模内连续冷却,冷却速度为10℃/s后快速冷却,得到快速凝固的Al‑Mn‑B合金,粉碎所述合金至粒径为0.5mm备用。
[0046] 实施例2快速凝固的Al‑Mn‑B合金制备
[0047] 将纯铝在氩气保护下升温至熔化,依次加入Mn块和B棒,其中添加的量分别为:Mn:65%,Al:25%,B:10%,待完全熔化后升温到1500℃,然后将合金熔体加压5MPa喷射到直径
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为10mm的水冷铜模内连续冷却,冷却速度为10 ℃/s后快速冷却,得到快速凝固的Al‑Mn‑B合金,粉碎所述合金至粒径为5mm备用。
[0048] 实施例3快速凝固的Al‑Mn‑B合金制备
[0049] 将纯铝在氩气保护下升温至熔化,依次加入Mn块和B棒,其中添加的量分别为:Mn:65%,Al:25%,B:10%,待完全熔化后升温到1500℃,然后将合金熔体加压4MPa喷射到直径
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为10mm的水冷铜模内连续冷却,冷却速度为10 ℃/s后快速冷却,得到快速凝固的Al‑Mn‑B合金,粉碎所述合金至粒径为5mm备用。
[0050] 铝合金铸件制备实例
[0051] 实施例1:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体;将快速凝固Al‑Mn‑B中间合金粉末,快速加入到上述合金熔体中,温度保持在720‑750℃,搅拌,进行标准试验压铸,制备得到铝合金压铸件,铸件组分含量为:Zn10%,Cu5.5%,Si6%,Mg5%,Y0.5%,Mn1.15%,B0.1%,余量为Al。
[0052] 实施例2:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn在120℃进行烘干处理,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体。将快速凝固Al‑Mn‑B中间合金粉末,快速加入到上述合金熔体中,温度保持在720‑750℃,搅拌
2min,进行标准试验压铸,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s,制备得到铝合金铸件,铸件组分含量为:Zn10%,Cu5.5%,Si6%,Mg8%,Y0.5%,Mn2.11%,B0.25%,余量为Al。
[0053] 实施例3:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn在120℃进行烘干处理,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体。将快速凝固Al‑Mn‑B中间合金粉末,快速加入到上述合金熔体中,温度保持在720‑750℃,搅拌
2min,进行标准试验压铸,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s,制备得到铝合金铸件,铸件组分含量为:Zn20%,Cu6.5%,Si8%,Mg5%,Y0.5%,Mn1.79%,B0.2%,余量为Al。
[0054] 实施例4:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn在120℃进行烘干处理,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体。将快速凝固Al‑Mn‑B中间合金粉末,快速加入到上述合金熔体中,温度保持在720‑750℃,搅拌
2min,进行标准试验压铸,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s,制备得到铝合金铸件,铸件组分含量为:Zn10%,Cu5.5%,Si6%,Mg5%,Y0.5%,Mn1.79%,B0.2%,余量为Al。
[0055] 实施例5:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn在120℃进行烘干处理,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体。将快速凝固Al‑Mn‑B中间合金粉末,快速加入到上述合金熔体中,温度保持在720‑750℃,搅拌
2min,进行标准试验压铸,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s,制备得到铝合金铸件,铸件组分含量为:Zn5%,Cu8%,Si10%,Mg10%,Y1.2%,Mn1.79%,B0.2%,余量为Al。
[0056] 实施例6:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn在120℃进行烘干处理,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体。将快速凝固Al‑Mn‑B中间合金粉末,快速加入到上述合金熔体中,温度保持在720‑750℃,搅拌
2min,进行标准试验压铸,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s,制备得到铝合金铸件,铸件组分含量为:Zn10%,Cu6.5%,Si6%,Mg5%,Y0.1%,Mn1.79%,B0.2%,余量为Al。
[0057] 实施例7:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn在120℃进行烘干处理,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体。将快速凝固Al‑Mn‑B中间合金粉末,快速加入到上述合金熔体中,温度保持在720‑750℃,搅拌
2min,进行标准试验压铸,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s,制备得到铝合金铸件,铸件组分含量为:Zn10%,Cu6.5%,Si6%,Mg10%,Y0.5%,Mn1.79%,B0.2%,余量为Al。
[0058] 对比实施例:将纯铝、AlMn合金、AlSi合金、AlCu合金、AlMg合金、AlY合金以及纯Zn在120℃进行烘干处理,余量为Al,加入到坩埚中进行熔炼,保温20min,去渣扒灰,得到金属熔体,进行标准试验压铸,压铸模具温度控制在150℃,压铸速度为2.0m/s,制备得到铝合金铸件,铸件含量为:Zn9.8%,Cu6.4%,Si7.8%,Mg4.9%,Y0.49%,Mn1.79%。
[0059] 表一 实施例1‑7制备的铝合金铸件各成分含量
[0060]成分 Zn Mg Cu Si B Mn Y Al
实施例1 10 5 5.5 6 0.1 1.15 0.5 余量
实施例2 10 8 5.5 6 0.25 2.11 0.5 余量
实施例3 20 5 6.5 8 0.2 1.79 0.5 余量
实施例4 10 5 5.5 6 0.2 1.79 0.5 余量
实施例5 5 10 8 10 0.2 1.79 1.2 余量
实施例6 10 5 6.5 6 0.2 1.79 0.1 余量
实施例7 10 10 6.5 6 0.2 1.79 0.5 余量
对比例 9.8 4.9 6.4 7.8 ‑ 1.79 0.49 余量
[0061] 表2例1‑例7铝合金铸件的力学性能
[0062]
[0063]
[0064] 从表2可以看出,添加了快速凝固Al‑Mn‑B中间合金的铝合金铸件,无论是屈服强度、抗拉强度还是硬度均优于未添加Al‑Mn‑B中间合金的对比例数据,屈服强度≥278Mpa,抗拉强度≥345Mpa,硬度≥140HV,因此本发明采用添加快速凝固Al‑Mn‑B中间合金制备铝合金铸件的方法,能够得到屈服强度、抗拉强度及硬度高的铝合金铸件。
[0065] 从图1可以看出实施例3的SEM图,析出的Mg2Si增强相Mg2Si相作为强化相,提升压铸铝合金的力学性能,从而减少铝合金的用量以达到设备轻量化的目的,
[0066] 从图2可以看出AlB2净化后底部一些杂质元素沉渣,起到净化作用并克服了晶粒细化作用造成热导率下降,明显提升合金导热率。

附图说明

[0040] 图1为铝合金铸件制备实施例3的SEM图
[0041] 图2为铝合金铸件制备实施例3的铸件底层的SEM图
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