新型納米晶種材料及其在輕合金中的應(yīng)用
輕量化和綠色制造是實(shí)現(xiàn)航空航天和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域節(jié)能減排的重要手段,鋁合金是其輕量化首選,但傳統(tǒng)鋁合金服役性能不能滿足高端制造業(yè)發(fā)展的要求,制造過(guò)程也存在高污染、高能耗、質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。以新思路、新原理、新材料、新工藝克服關(guān)鍵共性難題,突破鋁合金力學(xué)性能瓶頸、取代落后工藝是必然選擇。
本項(xiàng)目以多相熔體原子團(tuán)簇演變調(diào)控為突破口,發(fā)明系列納米晶種材料,提出納米晶種技術(shù),已成為大幅提升鋁合金的綜合性能和加工工藝性能的創(chuàng)新手段。
傳統(tǒng)鑄造鋁硅合金生產(chǎn)中通常添加磷鹽、赤磷或磷銅合金調(diào)控共晶及過(guò)共晶Al-Si合金中的初晶硅相的尺寸、形貌及分布,但存在磷量不可控、變質(zhì)效果及產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、P2O5污染嚴(yán)重的問(wèn)題。生產(chǎn)中通常采用傳統(tǒng)Al-Ti-B及Al-Ti-C細(xì)化劑鋁合金基體的α-Al枝晶,但是因Si“中毒”及Zr “中毒”,對(duì)含Si或含Zr鋁合金幾乎失去細(xì)晶強(qiáng)化作用。基于以上難題,山東大學(xué)發(fā)明了用于調(diào)控初晶硅相的Al-P系納米晶種材料及用于鋁合金晶粒細(xì)化的強(qiáng)效AlTiC-B系納米晶種材料。
Al-P系納米晶種:①節(jié)能減排:與傳統(tǒng)工藝相比,避免了P2O5有毒氣體排放,簡(jiǎn)化工序,節(jié)能降耗。②產(chǎn)品質(zhì)量提升:實(shí)現(xiàn)了初晶硅尺度及構(gòu)型高效調(diào)控,鋁活塞鑄件抗拉強(qiáng)度提升0%,體積穩(wěn)定性和可靠性顯著提高。③高純化:可將鋁熔體中Ca、Na、Sr含量分別由22 ppm、14ppm、14 ppm降低至1 ppm以下。
AlTiC-B系納米晶種:①解決了Si、Zr細(xì)化“中毒”等難題,有效調(diào)控基體相。②提升了Al-Cu系鋁熔體的流動(dòng)性,解決了熱裂、澆不足等行業(yè)難題。③提升了鑄件性能:與傳統(tǒng)Al-Ti-B相比,使A356合金屈服強(qiáng)度提高15%,延伸率提高37%;使2024合金抗拉強(qiáng)度由398MPa提升至550MPa,延伸率由9.8%提升至15.5%。
獲獎(jiǎng)情況:2016年度山東省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng),納米晶種合金系列產(chǎn)品與耐熱高強(qiáng)輕金屬材料的創(chuàng)制及應(yīng)用2009年度山東省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng),硅-磷和鋁-磷合金研制與發(fā)動(dòng)機(jī)活塞材料強(qiáng)化新技術(shù)2005年度山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),富磷富碳中間合金的研究與應(yīng)用2004年度教育部技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng),高效Al-P中間合金及其變質(zhì)處理
山東大學(xué)
2021-05-11