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1、(10)申请公布号 CN 103924129 A (43)申请公布日 2014.07.16 CN 103924129 A (21)申请号 201410152966.7 (22)申请日 2014.04.16 C22C 21/00(2006.01) C22C 1/03(2006.01) B22F 3/115(2006.01) (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨浦区四平路 1239 号 (72)发明人 陆伟 黄平 凌敏 贾敏 雷浩 严彪 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 31225 代理人 叶敏华 (54) 发明名称 一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 (57。
2、) 摘要 本发明涉及一种快速凝固铝合金材料及其 制备方法， 该铝合金材料成分包含 ： 6 10wt 的铁， 2 6wt的混合稀土， 余量为铝及不可 避免的杂质 ； 制备方法为 ： 熔炼 Al-Fe 中间合金 与 Al-Re 中间合金 ； 以纯铝锭、 Al-Fe 中间合金 及 Al-Re 中间合金熔炼后浇注冷却脱模得到包含 6 10wt铁与 2 6wt混合稀土的铝合金铸 锭 ； 将合金铸锭破碎清洗 ； 喷射成形制备铝合金 圆锭 ； 对铝合金圆锭进行热压致密化， 获得致密 化的喷射沉积铝合金， 即快速凝固铝合金材料。 与 现有技术相比， 本发明制备的快速凝固铝合金材 料具有较高的强度和热稳定性能，。
3、 主要用于电池 集流体材料， 也可用于在高温腐蚀环境中使用的 设备。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103924129 A CN 103924129 A 1/2 页 2 1. 一种快速凝固铝合金材料， 其特征在于， 该铝合金材料成分包含 ： 6 10wt的铁， 2 6wt的混合稀土， 余量为铝及不可避免的杂质 ； 所述的混合稀土为镧-铈混合稀土， 成分包含 ： La3233wt、 Ce6263wt， 余下为 F、 Fe、 Al、。
4、 Mg、 P、 Cl、 Zn 及不可避免的杂质。 2. 根据权利要求 1 所述的一种快速凝固铝合金材料， 其特征在于， 该铝合金材料成分 包含 ： 8wt的铁， 4wt的混合稀土， 余量为铝及不可避免的杂质。 3. 根据权利要求 1 所述的一种快速凝固铝合金材料， 其特征在于， 所述的混合稀 土成分包含 ： La32.6wt、 Ce62.6wt、 O1.6wt、 F0.3wt、 Fe0.54wt、 Al0.39wt、 Mg0.24wt、 P0.17wt、 Cl0.16wt、 Zn0.12wt及不可避免的杂质。 4. 一种如权利要求 1 所述的快速凝固铝合金材料的制备方法， 其特征在于， 该方法。
5、包 括以下步骤 ： (1) 以纯铝锭和纯铁棒为原料熔炼 Al-Fe 中间合金， 其中 Al-Fe 中间合金中 Fe 的含量 为 20wt； 以纯铝锭和混合稀土为原料熔炼 Al-Re 中间合金， Re 表示混合稀土， Al-Re 中间 合金中 Re 的含量为 10wt ； (2)取纯铝锭、 Al-Fe中间合金于中频感应炉中， 熔化后再加入Al-Re中间合金， 混合均 匀， 之后浇注冷却脱模得到包含 6 10wt铁与 2 6wt混合稀土的铝合金铸锭 ； (3) 铝合金铸锭清洗 ： 将熔炼得到的铝合金铸锭破碎， 将破碎的块体合金依次放入丙 酮溶液和酒精溶液中超声清洗， 取出后晾干待用 ； (4) 喷。
6、射成形制备铝合金圆锭 ： 将步骤 (3) 中清洗得到的块体合金中频感应加热至 1100 1300， 使其融化， 然后以 N2为雾化气体， 在雾化压强为 0.8 1.5Mpa 下， 喷射成 形制备铝合金圆锭 ； (5) 热压致密化 ： 对步骤 (4) 得到的铝合金圆锭进行热压致密化， 获得致密化的喷射沉 积铝合金， 即快速凝固铝合金材料。 5. 根据权利要求 4 所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法， 其特征在于， 步骤 (1) 所述的纯铝锭为纯度不低于 99.95wt的工业级铝锭， 所述的纯铁棒为铁含量不低 于 99.99wt的直径为 5mm 的工业纯铁棒， 所述的混合稀土为镧 - 铈混合稀。
7、土， 成分包含 ： La32 33wt、 Ce62 63wt， 余下为 F、 Fe、 Al、 Mg、 P、 Cl、 Zn 及不可避免的杂质。 6.根据权利要求4所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(1) 中使用中频感应炉熔炼 Al-Fe 中间合金， 使用井式坩埚电阻炉熔炼 Al-Re 中间合金。 7.根据权利要求4所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(4) 中喷射成形制备铝合金圆锭的具体过程如下 ： 将步骤 (3) 中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中， 其中坩埚使用氧化镁 坩埚， 坩埚底部为氮化硅导流管， 对块体合金进行中频感应加热至 。
8、1100 1300， 使块体 合金融化， 融化后的熔体在惰性气体保护下， 通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离式配 合的导流管进行雾化成形， 雾化气体为 N2， 雾化压强为 0.8 1.5Mpa， 熔体在导流管内质量 流率为 1.7 1.8kg/min， 雾化距离为 400 500mm， 在雾化的同时， 底部沉积盘以每分钟 45 120 转的转速旋转， 熔体沉积在底部沉积盘上， 得到铝合金圆锭。 8.根据权利要求4所述的一种快速凝固铝合金材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(5) 中热压致密化的加压方式为单向加压， 热压压强设置为 300 500Mpa， 热压温度为 250 权 利 要 求 书 。
9、CN 103924129 A 2 2/2 页 3 450， 保温时间 1 3h。 权 利 要 求 书 CN 103924129 A 3 1/9 页 4 一种快速凝固铝合金材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法， 尤其是涉及一种快速凝固铝合金材料 及其制备方法。 背景技术 0002 钠硫电池是一种性能优异的二次电池， 目前已经成为最有发展前景的静态储能电 池之一， 近年来在包括日本、 美国、 欧洲的电力系统中的应用得到快速发展， 并且在输配电 系统的有、 无功支持以及多功能电能储存系统中有巨大的应用前景。 0003 虽然钠硫电池近年来发展非常迅速， 但也面临着。
10、很多的瓶颈和技术难点， 其中硫 电极容器的选择就是非常关键的一项。钠硫电池硫极容器的腐蚀是引起电池性能下降、 影 响电池寿命的重要因素之一。电池硫极中熔融的硫及反应产物多硫化钠具有强腐蚀性， 它 与金属容器能反应形成结构松散的金属硫化物， 影响电池的物理及化学性能， 造成电池性 能退化。钠硫电池通常采用中心钠结构来获得更高的比能量密度， 这样电池壳体材料又同 时充当硫极的集流体， 这就要求硫极集流体壳体材料具备以下性能 ： 1、 优异的抗腐蚀性 能以及长期的化学稳定性 ； 2、 足够高的电子电导率 ； 3、 对多硫化钠润湿性好， 而对硫不润 湿 ； 4、 足够的机械强度以及良好的可加工性 ； 。
11、5、 质量尽可能小， 成本尽可能低。 0004 目前国内生产的钠硫电池采用的是不锈钢作为硫极容器兼集流体。 虽然不锈钢的 高温强度较好， 导电性及耐腐蚀性均暂时能满足要求。 但是， 不锈钢作为硫极集流体也面临 许多问题 ： 不锈钢价格较为昂贵导致成本较高， 且质量大不利于钠硫电池大规模的组装、 搬 运。同时作为电池的集流体， 厚重的不锈钢电阻率在 300 350的工作温度下也还是偏 高， 导热性与导电性都有待提高。 0005 因此， 我们迫切需要在 300 350环境下具有良好的高温力学性能、 能耐硫及多 硫化合物的腐蚀、 具有良好导电率的金属材料作为硫极集流体材料， 并且质量较小便于组 装运。
12、输， 同时易加工成本低廉。 0006 金属铝是一种集流体的理想材料， 它不仅价格便宜、 质量轻 ( 密度只有 2.3g cm-3)、 易加工成型， 导电性也非常好 ( 在 350时其电阻率为 =6.410-6cm)。铝 在硫及硫化物腐蚀后生成一层薄而致密的 Al2S3保护膜， 所以耐腐蚀性能优良。因此， 以铝 作为硫极集流体的材料， 并在其表面制备耐腐蚀涂层将会使硫极容器具有很好的耐腐蚀性 能， 保证一定的高温力学性能， 同时具有较低的电阻率， 并且满足钠硫电池轻量化的要求， 这将是一种很有发展前景的技术。 0007 想要提高铝合金的耐热性能， 合金中必须能够形成大量弥散分布并且具有热稳定 性。
13、的析出相。由于过渡族金属元素和斓系元素合金元素在液态时固溶度高， 固态时固溶度 非常低并有较低的扩散系数， 因此通过快速凝固技术能够有效提高这些元素在铝中的极限 固溶度， 在合金中能形成足够数量的弥散颗粒， 形成耐热铝合金。 0008 喷射成形是一种快速凝固技术， 其特点是能够把金属的雾化过程与成型过程结合 在一起， 实现了大尺寸的快速凝固材料的一次成型， 直接从液态金属中制取具有快速凝固 说 明 书 CN 103924129 A 4 2/9 页 5 组织、 整体致密的高性能材料。 由于喷射成形工艺大大提高了制坯过程中材料的冷却速度， 因此采用喷射成形工艺制备的材料与采用传统的铸造或铸造变形加。
14、工工艺制备的材料相 比， 其组织明显细化、 析出相更加细小且分布更弥散， 并且偏析得到了有效控制， 从而大幅 度地提高了合金的各项力学性能， 与传统的快速凝固粉末冶金工艺相比， 可以直接形成成 品或者半成品， 省去了粉末制备、 储存运输、 烧结等多道生产工序， 因此能有效地减少材料 的氧化， 并且将材料的制备成本大幅度降低。喷射成形工艺制备 Al-Fe 系耐热铝合金， 具有 避免粉末冶金过程中的氧化、 工艺复杂、 成本高等问题， 是制备 Al-Fe 系合金的一种非常有 潜力的方法。 发明内容 0009 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好高温 力学性能和良好的耐腐蚀。
15、性能的快速凝固铝合金材料及其制备方法。 0010 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 ： 0011 一种快速凝固铝合金材料， 该铝合金材料成分包含 ： 610wt的铁， 26wt的 混合稀土， 余量为铝及不可避免的杂质， 按元素组成表示为 Al-(6 10)Fe-(2 6)Re ； 其 中Re表示混合稀土。 所述的混合稀土为镧-铈混合稀土， 成分包含 ： La3233wt、 Ce62 63wt， 余下为 F、 Fe、 Al、 Mg、 P、 Cl、 Zn 及不可避免的杂质。 0012 作为优选， 该铝合金材料成分包含 ： 8wt的铁， 4wt的混合稀土， 余量为铝及不 可避免的杂质， 按元素。
16、组成表示为 Al-8Fe-4Re。 0013 作为优选， 所述的混合稀土成分包含 ： La32.6wt、 Ce62.6wt、 O1.6wt、 F0.3wt、 Fe0.54wt、 Al0.39wt、 Mg0.24wt、 P0.17wt、 Cl0.16wt、 Zn0.12wt及不 可避免的杂质。 0014 一种快速凝固铝合金材料的制备方法， 包括以下步骤 ： 0015 (1) 由于铁的熔点较高， 稀土金属在提炼过程中也容易氧化， 所以为减少元素烧损 及氧化， 首先以纯铝锭和纯铁棒为原料使用中频感应炉熔炼Al-Fe中间合金， 其中Al-Fe中 间合金中 Fe 的含量为 20wt； 以纯铝锭和混合稀土。
17、为原料使用井式坩埚电阻炉熔炼 Al-Re 中间合金， Re 表示混合稀土， Al-Re 中间合金中 Re 的含量为 10wt ； 0016 所述的纯铝锭为纯度不低于 99.95wt的工业级铝锭， 所述的纯铁棒为铁含量不 低于99.99wt的直径为5mm的工业纯铁棒， 所述的混合稀土为镧-铈混合稀土， 成分包含 ： La32 33wt、 Ce62 63wt， 余下为 F、 Fe、 Al、 Mg、 P、 Cl、 Zn 及不可避免的杂质 ； 0017 (2) 按 6 10wt的铁， 2 6wt的混合稀土， 余量为铝及不可避免的杂质的成 分配比， 取纯铝锭、 Al-Fe 中间合金于中频感应炉中， 熔化。
18、后再加入 Al-Re 中间合金， 混合均 匀， 之后浇注冷却脱模得到包含 6 10wt铁与 2 6wt混合稀土的铝合金铸锭 ； 0018 (3) 铝合金铸锭清洗 ： 将熔炼得到的铝合金铸锭破碎， 将破碎的块体合金依次放 入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗， 取出后晾干待用 ； 0019 (4) 喷射成形制备铝合金圆锭 ： 将步骤 (3) 中清洗得到的块体合金中频感应加热 至 1100 1300， 使其融化， 然后以 N2为雾化气体， 在雾化压强为 0.8 1.5Mpa 下， 喷射 成形制备铝合金圆锭， 具体过程如下 ： 0020 将步骤 (3) 中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中， 其中。
19、坩埚使用氧 说 明 书 CN 103924129 A 5 3/9 页 6 化镁坩埚， 坩埚底部为氮化硅导流管， 对块体合金进行中频感应加热至 1100 1300， 使 块体合金融化， 融化后的熔体在惰性气体保护下， 通过与双层非限制式气流雾化喷嘴分离 式配合的导流管进行雾化成形， 雾化气体为 N2， 雾化压强为 0.8 1.5Mpa， 熔体在导流管内 质量流率为 1.7 1.8kg/min， 雾化距离为 400 500mm， 在雾化的同时， 底部沉积盘以每分 钟 45 120 转的转速旋转， 熔体沉积在底部沉积盘上， 得到铝合金圆锭 ； 0021 (5) 热压致密化 ： 对步骤 (4) 得到的。
20、铝合金圆锭进行热压致密化， 热压致密化的加 压方式为单向加压， 热压压强设置为 300-500Mpa， 热压温度为 250-450， 保温时间 1-3h， 获得致密化的喷射沉积铝合金， 即快速凝固铝合金材料。 0022 对制备得到的快速凝固铝合金材料进行性能检测， 包括 ： (1) 致密度检测 ； (2) 硬 度测试 ； (3) 热暴露测试 ； (4) 组织形貌研究。 0023 与现有技术相比， 本发明具有以下优点及有益效果 ： 0024 (1) 本发明采用金属铝作为硫极集流体材料， 它不仅价格低廉、 易加工成型、 质轻， 电导率也非常高。 0025 (2) 由于镧 - 铈混合稀土在铝基体中有。
21、小的溶解度和低的扩散速度， 而且能形成 高体积分数的二元和三元金属间化合物， 起弥散强化作用， 使合金具有较高的强度和热稳 定性， 因此本发明在设计合金成分时， 加入斓 - 铈混合稀土， 利用过镀族金属元素和斓系元 素在液态时固溶度高， 固态时固溶度非常低并有较低的扩散系的特性， 通过快速凝固技术 能够有效提高斓 - 铈混合稀土元素在铝中的极限固溶度， 在合金中能形成足够数量的弥散 颗粒， 制备获得耐热铝合金。 0026 (3) 本发明采用喷射成型技术制备包含 6 10wt铁与 2 6wt混合稀土的铝 合金材料， 将金属的雾化过程与成型过程相结合， 实现大尺寸快速凝固材料的一次成型， 直 接从。
22、液态金属中制取具有快速凝固组织、 整体致密的高性能材料。 0027 (4)本发明首先制备Al-Fe中间合金与Al-Re中间合金， 然后再以Al-Fe中间合金 与 Al-Re 中间合金为原料制备包含 6 10wt的铁、 2 6wt的混合稀土、 余量为铝的铝 合金， 这种工艺的优点在于能够更好的向 Al 中加入 Fe 与 Re， 以防止 Fe 与 Re 的烧损与氧 化。 0028 (5) 本发明采用喷射成形工艺制备包含 6 10wt的铁、 2 6wt的混合稀土、 余量为铝的铝合金， 避免粉末氧化、 工艺简单且成本低。 0029 (6) 本发明制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳定性能， 主。
23、要用于 电池集流体材料， 也可用于在高温腐蚀环境中使用的设备。 附图说明 0030 图 1 为本发明中喷射成形使用设备的结构示意图 ； 0031 图 2 为铸态 Al-8Fe-4Re 合金的 SEM 图 ； 0032 图 3 为热压致密化的喷射成形 Al-8Fe-4Re 合金 SEM 图 ； 0033 图 4 为 3003 铝合金、 铸态 Al-8Fe-4Re 合金及喷射成形 Al-8Fe-4Re 合金的硬 度 - 热暴露时间曲线 ； 0034 图 5 为喷射成形 Al-8Fe-4Re 合金的高温 XRD 图。 说 明 书 CN 103924129 A 6 4/9 页 7 具体实施方式 003。
24、5 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0036 实施例 1 0037 将纯度不低于 99.5wt的纯铝锭、 纯铁棒以及块状镧 - 铈混合稀土 ( 成分见表 1) 以适量的质量百分比配制成分为Al-20Fe、 Al-10Re中间合金， 各计5公斤 ； 使用中频感应炉 熔炼Al-20Fe中间合金， 使用井式坩埚电阻炉熔炼Al-10Re中间合金。 然后按照Al-8Fe-4Re 的成分配比， 取适量的纯铝锭、 Al-Fe 中间合金置于中频感应炉中， 熔化后再加入 Al-Re 中 间合金， 并电磁搅拌混合均匀， 之后浇注冷却脱模得到铸态 Al-8Fe-4Re 合金， SEM 图如图 2 所。
25、示。将熔炼得到的合金铸锭破碎， 将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进 行超声清洗， 取出后自然晾干 ； 将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备 (如图1所示)的坩埚中， 中频感应加热至熔体温度为1100-1200， N2雾化压强为1.3Mpa， 制备得到喷射沉积态 Al-8Fe-4Re 合金。使用氧化镁坩埚， 坩埚底部为氮化硅导流， 导流管 直径为 3mm， 采用双层非限制式气流雾化喷嘴， 熔体质量流率经过测算约为 1.78kg min， 雾化距离为 400mm， 底部沉积盘转速为每分钟 45 转， 喷射沉积态 Al-8Fe-4Re 合金， 高温 XRD 图如图 5 所示。
26、。采用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化， 加压方式为 单向加压， 热压压强设置为 500Mpa， 热压温度为 250， 保温时间 2h， 获得致密化的热压态 Al-8Fe-4Re 合金， SEM 图如图 3 所示。 0038 本实施例中喷射成形使用设备的结构如图 1 所示， 腔体 1 的顶部外由上到下依次 设有感应加热坩埚 4 与中间包 5， 感应加热坩埚 4 与中间包 5 的外侧设有保护气氛罩 3， 中 间包 5 的出口接导流管 6， 导流管 6 的出口处设有双层非限制式气流雾化喷嘴 7， 导流管 6 的出口端位于双层非限制式气流雾化喷嘴 7 的中间， 双层非限制式气流雾化喷嘴。
27、 7 与雾化 器管路 2 连接， 导流管 6 与双层非限制式气流雾化喷嘴 7 之间为分离式配合方式， 底部沉积 盘 10 设在腔体 1 内部， 熔融金属在感应加热坩埚 4 中感应加热后， 倾倒入中间包 5， 经过导 流管 6 被双层非限制式气流雾化喷嘴 7 雾化， 雾化金属 8 进入到腔体 1 内后， 沉积在底部沉 积盘 10 上， 形成沉积坯圆锭 9。 0039 表 1 镧 - 铈混合稀土成分组成 0040 0041 本实施例在不同工艺下得到的 Al-8Fe-4Re 合金的材料性能如表 2 表 4 所示。 0042 表 2 不同制备工艺的 Al-8Fe-4Re 合金的致密度 0043 说 明。
28、 书 CN 103924129 A 7 5/9 页 8 0044 表 3 不同合金的硬度值 ( 载荷 2kg) 0045 0046 表 4 不同合金的高温力学性能 0047 0048 从表 2 与表 3 可以看出经过喷射沉积与热压后得到的 Al-8Fe-4Re 合金具有更大 的致密度与密度， 且材料的硬度更高， 本实施例得到的 Al-8Fe-4Re 合金硬度比常见的 3003 铝合金硬度高 2 倍以上。 0049 从表4可以看出， 在钠硫电池的工作温度下， 铸态Al-8Fe-4Re合金的韧性较差， 严 重割裂基体导致力学性能下降。 而通过喷射成形制备的Al-8Fe-4Re合金能达到115.2M。
29、pa， 不论抗拉强度还是延伸率都比铸态合金得到了提升， 说明强度与塑性都得到了提高。日本 NGK 使用的 3003 铝合金在 350温度下的抗拉强度为 78Mpa， 喷射成形 Al-8Fe-4Re 合金比 其抗拉强度要高出很多。 0050 常见的 3003 铝合金与铸态 Al-8Fe-4Re 合金、 喷射沉积态 Al-8Fe-4Re 合金的硬 度-热暴露时间曲线如图4所示， 图4中可见在同样的暴露状态下， 喷射沉积态Al-8Fe-4Re 合金具有更高的硬度。 0051 实施例 2 0052 将纯度不低于 99.5wt的纯铝锭、 纯铁棒以及块状镧 - 铈混合稀土以适量的质 量百分比配制成分为 A。
30、l-20Fe、 Al-10Re 的中间合金， 各计 5 公斤 ； 使用中频感应炉熔炼 Al-20Fe 中间合金， 使用井式坩埚电阻炉熔炼 Al-10Re 中间合金。然后按照 Al-8Fe-4Re 的 成分配比， 取适量的 Al-Fe 中间合金置于中频感应炉中， 熔化后再加入 Al-Re 中间合金， 并 电磁搅拌混合均匀， 之后浇注冷却脱模得到铸造 Al-8Fe-4Re 合金铸锭。将熔炼得到的合金 铸锭破碎， 将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗， 取出后自然 晾干 ； 将清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备的坩埚中， 中频感应加热 至熔体温度为 1100-120。
31、0， N2雾化压强为 1.3Mpa， 制备 Al-8Fe-4Re 合金。使用氧化镁坩 埚， 坩埚底部为氮化硅导流， 导流管直径为 3mm， 采用双层非限制式气流雾化喷嘴， 熔体质量 流率经过测算约为 1.78kg min， 雾化距离为 450mm， 底部沉积盘转速为每分钟 90 转。采 用自制的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化， 加压方式为单向加压， 热压压强 说 明 书 CN 103924129 A 8 6/9 页 9 设置为 500Mpa， 热压温度为 300， 保温时间 1.5h， 获得致密化的喷射沉积 Al-8Fe-4Re 合 金。 0053 本实施例在不同工艺下得到的 Al-。
32、8Fe-4Re 合金的材料性能如表 5 表 6 所示。 0054 表 5 不同合金的硬度值 ( 载荷 2kg) 0055 0056 表 6 不同合金的高温力学性能 0057 0058 从表 5 与表 6 看出， 本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳 定性能。 0059 实施例 3 0060 将纯度不低于 99.5wt的纯铝锭、 纯铁棒以及块状镧 - 铈混合稀土以适量的质量 百分比配制成分为 Al-20Fe、 Al-10Re 中间合金， 各计 5 公斤 ； 使用中频感应炉熔炼 Al-20Fe 中间合金， 使用井式坩埚电阻炉熔炼 Al-10Re 中间合金。然后按照 Al-8Fe-4。
33、Re 的成分配 比， 取适量的 Al-Fe 中间合金置于中频感应炉中， 熔化后再加入 Al-Re 中间合金， 并电磁搅 拌混合均匀， 之后浇注冷却脱模得到铸造 Al-8Fe-4Re 合金铸锭。将熔炼得到的合金铸锭破 碎， 将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗， 取出后自然晾干 ； 将 清洗得到的块体合金放入自行研制的大型雾化沉积设备的坩埚中， 中频感应加热至熔体温 度为 1200-1300， N2雾化压强为 1.1Mpa， 制备 Al-8Fe-4Re 合金。使用氧化镁坩埚， 坩埚 底部为氮化硅导流， 导流管直径为 3mm， 采用双层非限制式气流雾化喷嘴， 熔体质量流率经 过。
34、测算约为 1.78kg min， 雾化距离为 500mm， 底部沉积盘转速为每分钟 120 转。采用自制 的加热温控装置和模具对沉积锭进行热压致密化， 加压方式为单向加压， 热压压强设置为 500Mpa， 热压温度为 350， 保温时间 1h， 获得致密化的喷射沉积 Al-8Fe-4Re 合金。 0061 本实施例在不同工艺下得到的 Al-8Fe-4Re 合金的材料性能如表 7 表 8 所示。 0062 表 7 不同合金的硬度值 ( 载荷 2kg) 说 明 书 CN 103924129 A 9 7/9 页 10 0063 0064 表 8 不同合金的高温力学性能 0065 0066 0067 。
35、从表 7 与表 8 看出， 本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳 定性能。 0068 实施例 4 0069 一种快速凝固铝合金材料， 该铝合金材料成分包含 ： 6wt的铁， 2wt的混合稀 土， 余量为铝及不可避免的杂质， 按元素组成表示为Al-6Fe-2Re ； 其中Re表示混合稀土。 混 合稀土为镧 - 铈混合稀土， 成分包含 ： La32wt、 Ce62wt， 余下为 F、 Fe、 Al、 Mg、 P、 Cl、 Zn 及不可避免的杂质。 0070 上面的快速凝固铝合金材料的制备方法， 包括以下步骤 ： 0071 (1)以纯铝锭和纯铁棒为原料使用中频感应炉熔炼Al-Fe中间。
36、合金， 其中Al-Fe中 间合金中 Fe 的含量为 20wt； 以纯铝锭和混合稀土为原料使用井式坩埚电阻炉熔炼 Al-Re 中间合金， Re 表示混合稀土， Al-Re 中间合金中 Re 的含量为 10wt ； 0072 纯铝锭为纯度不低于 99.95wt的工业级铝锭， 纯铁棒为铁含量不低于 99.99wt的直径为 5mm 的工业纯铁棒 ； 0073 (2) 按 6wt的铁， 2wt的混合稀土， 余量为铝及不可避免的杂质的成分配比， 取 纯铝锭、 Al-Fe 中间合金于中频感应炉中， 熔化后再加入 Al-Re 中间合金， 混合均匀， 之后浇 注冷却脱模得到包含 6wt铁与 2wt混合稀土的铝合。
37、金铸锭 ； 0074 (3) 铝合金铸锭清洗 ： 将熔炼得到的铝合金铸锭破碎， 将破碎的块体合金依次放 入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗， 取出后晾干待用 ； 0075 (4) 喷射成形制备铝合金圆锭 ： 将步骤 (3) 中清洗得到的块体合金中频感应加热 至1100， 使其融化， 然后以N2为雾化气体， 在雾化压强为0.8Mpa下， 喷射成形制备铝合金 圆锭， 具体过程如下 ： 0076 将步骤 (3) 中清洗得到的块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中， 其中坩埚使用氧 化镁坩埚， 坩埚底部为氮化硅导流管， 导流管直径为 3mm， 对块体合金进行中频感应加热至 1100， 使块体合金融化， 融化后的。
38、熔体在惰性气体保护下， 通过与双层非限制式气流雾化 喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形， 雾化气体为 N2， 雾化压强为 0.8Mpa， 熔体在导流管 内质量流率为 1.7kg min， 雾化距离为 400mm， 在雾化的同时， 底部沉积盘以每分钟 45 转 说 明 书 CN 103924129 A 10 8/9 页 11 的转速旋转， 熔体沉积在底部沉积盘上， 得到铝合金圆锭 ； 0077 (5) 热压致密化 ： 对步骤 (4) 得到的铝合金圆锭进行热压致密化， 热压致密化的加 压方式为单向加压， 热压压强设置为 300Mpa， 热压温度为 250， 保温时间 1h， 获得致密化 的喷射沉积。
39、铝合金， 即快速凝固铝合金材料。 0078 本实施例在不同工艺下得到的 Al-6Fe-2Re 合金的材料性能如表 9 表 10 所示。 0079 表 9 不同合金的硬度值 ( 载荷 2kg) 0080 0081 表 10 不同合金的高温力学性能 0082 0083 从表9与表10看出， 本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强度和热稳 定性能。 0084 实施例 5 0085 一种快速凝固铝合金材料， 该铝合金材料成分包含 ： 10wt的铁， 4wt的混合稀 土， 余量为铝及不可避免的杂质， 按元素组成表示为 Al-10Fe-4Re ； 其中 Re 表示混合稀土。 混合稀土为镧 - 铈混合。
40、稀土， 成分包含 ： La33wt、 Ce63wt， 余下为 F、 Fe、 Al、 Mg、 P、 Cl、 Zn 及不可避免的杂质。 0086 上述快速凝固铝合金材料的制备方法， 包括以下步骤 ： 0087 (1) 首先以纯铝锭和纯铁棒为原料使用中频感应炉熔炼 Al-Fe 中间合金， 其中 Al-Fe 中间合金中 Fe 的含量为 20wt； 以纯铝锭和混合稀土为原料使用井式坩埚电阻炉熔 炼 Al-Re 中间合金， Re 表示混合稀土， Al-Re 中间合金中 Re 的含量为 10wt ； 0088 (2) 按 10wt的铁， 4wt的混合稀土， 余量为铝及不可避免的杂质的成分配比， 取纯铝锭、 。
41、Al-Fe 中间合金于中频感应炉中， 熔化后再加入 Al-Re 中间合金， 混合均匀， 之后 浇注冷却脱模得到包含 10wt铁与 4wt混合稀土的铝合金铸锭 ； 0089 (3) 铝合金铸锭清洗 ： 将熔炼得到的铝合金铸锭破碎， 将破碎的块体合金依次放 入丙酮溶液和酒精溶液中超声清洗， 取出后晾干待用 ； 0090 (4) 喷射成形制备铝合金圆锭 ： 将步骤 (3) 中清洗得到的块体合金中频感应加 热至 1300， 使其融化， 然后以 N2为雾化气体， 在雾化压强为 1.5Mpa 下， 喷射成形制备 Al-10Fe-4Re 铝合金圆锭， 具体过程如下 ： 0091 将步骤 (3) 中清洗得到的。
42、块体合金放入雾化沉积设备的坩埚中， 其中坩埚使用氧 说 明 书 CN 103924129 A 11 9/9 页 12 化镁坩埚， 坩埚底部为氮化硅导流管， 导流管直径为 3mm， 对块体合金进行中频感应加热至 1300， 使块体合金融化， 融化后的熔体在惰性气体保护下， 通过与双层非限制式气流雾化 喷嘴分离式配合的导流管进行雾化成形， 雾化气体为 N2， 雾化压强为 1.5Mpa， 熔体在导流管 内质量流率为1.8kg/min， 雾化距离为500mm， 在雾化的同时， 底部沉积盘以每分钟120转的 转速旋转， 熔体沉积在底部沉积盘上， 得到 Al-10Fe-4Re 铝合金圆锭 ； 0092 (。
43、5) 热压致密化 ： 对步骤 (4) 得到的 Al-10Fe-4Re 铝合金圆锭进行热压致密化， 热压致密化的加压方式为单向加压， 热压压强设置为 500Mpa， 热压温度为 350， 保温时间 2h， 获得致密化的喷射沉积 Al-10Fe-4Re 铝合金， 即快速凝固铝合金材料。 0093 本实施例在不同工艺下得到的 Al-10Fe-4Re 合金的材料性能如表 11 表 12 所 示。 0094 表 11 不同合金的硬度值 ( 载荷 2kg) 0095 0096 表 12 不同合金的高温力学性能 0097 0098 从表 11 与表 12 看出， 本实施例制备的快速凝固铝合金材料具有较高的强。
44、度和热 稳定性能。 0099 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改， 并把在此说明的一般 原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。 因此， 本发明不限于上述实施例， 本领 域技术人员根据本发明的揭示， 不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。 说 明 书 CN 103924129 A 12 1/2 页 13 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103924129 A 13 2/2 页 14 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103924129 A 14 。