CN114752793B - 一种铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请属于铝合金材料技术领域，尤其涉及一种铝合金及其制备方法和应用，其中，制备方法包括步骤：先将熔化的含铝金属与包括Eu和/或Sb的变质剂进行熔炼，再对熔炼后的第一铝合金熔融物进行超声振荡，接下来将超声振荡后的第二铝合金熔融物成型，得到铝合金，变质剂能显著细化含铝金属中晶粒等显微组织，同时，超声振荡不仅能破碎先析出物相组织，还能促进物相均匀分布，因此，在含铝金属中加入包括Eu和/或Sb的变质剂熔炼的同时超声振荡并成型，有利于形成具有均匀分布细化物相的铝合金，提高了铝合金的机械强度和导电系数，解决了现有技术中缺乏同时具备优异强度和导电性能的铝合金的技术问题。

Description

一种铝合金及其制备方法和应用
技术领域
本申请属于铝合金材料技术领域，尤其涉及一种铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
与紫铜相比，铝金属材料质量更轻，且价格便宜，然而，铝金属材料的导电性能和强度较差，作为导体材料，不仅需要满足一定的强度，更重要的是还要具有优异的导电性能。
对于铝金属材料强度较差的缺陷，可以在铝金属材料中加入其他金属元素提升铝金属材料的强度，但金属材料的导电性与自由电子运动紧密相关，凡是影响晶格完整性的因素都能影响铝导体的导电性，在铝金属材料中加入其他金属元素会导致铝金属晶格的畸变，影响铝金属晶格完整性，造成铝金属中自由电子运动受阻，导致铝金属材料导电性能下降，例如在铝金属材料中添加Si、Mg、Mn、Fe、Cu等金属，随着加入金属元素种类和含量的增加，铝合金材料的强度增加，但导电系数几乎呈线性下降趋势，因此，现有技术中缺乏同时具备优异强度和导电性能的铝合金。
作为导体材料，铝合金的导电性能至关重要，提升铝合金的导电性能后一方面可减少电流传输的损耗，节约能源，另一方面提高导电性可以降低输电导线的运行温度，提高电网运行的安全性和稳定性，因此，现有技术中缺乏同时具备优异强度和导电性能的铝合金是亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种铝合金及其制备方法和应用，用于解决现有技术中缺乏同时具备优异强度和导电性能的铝合金的技术问题。
本申请第一方面提供了一种铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将熔化的含铝金属与变质剂进行熔炼，得到第一铝合金熔融物；
步骤2、将所述第一铝合金熔融物进行超声振荡，得到第二铝合金熔融物；
步骤3、将所述第二铝合金熔融物进行成型，得到铝合金；
所述变质剂包括稀土金属；
所述稀土金属选自Eu和/或Sb；
步骤2中，所述超声振荡的频率为18～25KHz,功率为200～3000W，温度为液固共存温区。
优选的，步骤1中，所述含铝金属为铝、硅铝合金或6201铝合金中至少一种。
优选的，步骤1中，所述含铝金属为硅铝合金。
需要说明的是，稀土金属Eu和Sb能显著细化Al和Al合金的晶粒，对于硅铝合金而言，稀土金属Eu和Sb可以将α-Al树枝组织变质为蔷薇组织，可以将大块Si相变质为弥散纤维颗粒，抑制了长针状晶粒割裂基体，造成的应力和电荷集中，从而提高了硅铝合金的机械强度和力学性能。
优选的，步骤1中，所述第一铝合金熔融物中，所述Eu的质量分数为0.01～10％，所述Sb的质量分数为0.01～2％。
优选的，步骤1中，所述含铝金属为铝，所述变质剂为Eu和Sb；
所述第一铝合金熔融物中Eu的质量分数为6％，所述Sb的质量分数为0.04％。
需要说明的是，当在铝中加入6％的Eu以及0.04％的Sb后进行超声熔铸，不仅能改善铝的机械性能，还能将铝的导电性能提升至57.2％。
优选的，步骤1中，所述含铝金属为硅铝合金，所述变质剂为Eu和Sb；
所述第一铝合金熔融物中Eu的质量分数为0.2～0.8％，所述Sb的质量分数为0.2％。
优选的，所述所述第一铝合金熔融物中Eu的质量分数为0.8％。
优选的，步骤1中，所述含铝金属为硅铝合金，所述变质剂为Eu和Sb；
所述第一铝合金熔融物中Eu的质量分数为2％，所述Sb的质量分数为0.4％。
优选的，步骤1中，所述含铝金属为6201铝合金，所述变质剂为Eu和Sb；
所述第一铝合金熔融物中Eu的质量分数为0.2％，所述Sb的质量分数为0.2％。
优选的，步骤1中，所述含铝金属为4047共晶铝合金，所述变质剂为Eu和Sb；
所述第一铝合金熔融物中Eu的质量分数为0.5％，所述Sb的质量分数为0.5％。
优选的，步骤3中，所述成型为浇筑成型。
优选的，所述浇筑成型的模具为铸铁镶铜芯模具。
本申请第二方面提供了一种铝合金，由上述制备方法制备得到。
本申请第三方面提供了铝合金在大直流铝排或热交换器材料中的应用。
需要说明的是，本申请提供的铝合金同时具备优异强度和导电性能，适用于大直流铝排或换交换器材料。
综上所述，本申请提供了一种铝合金及其制备方法和应用，制备方法包括步骤：先将熔化的含铝金属与包括Eu和/或Sb的变质剂进行熔炼，再对熔炼后的第一铝合金熔融物进行超声振荡，接下来将超声振荡后的第二铝合金熔融物成型，得到铝合金，其中，包括Eu和/或Sb的变质剂能显著细化含铝金属中晶粒等显微组织，同时，超声振荡不仅能破碎先析出物相组织，还能促进物相均匀分布，因此，在含铝金属中加入包括Eu和/或Sb的变质剂熔炼的同时超声振荡并成型，有利于形成具有均匀分布细化物相的铝合金，提高了铝合金的机械强度和导电系数，解决了现有技术中缺乏同时具备优异强度和导电性能的铝合金的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的Al-0.4Sb-xEu铝合金的导电性能和抗拉强度示意图；
图2为纯铝的显微组织图；
图3为本申请实施例提供的Al-0.4Sb-3Eu铝合金显微组织图；
图4为本申请实施例提供的Al-6Si-0.2Sb-xEu铝合金的导电性能和抗拉强度示意图；
图5为本申请实施例提供的Al-6Si合金显微组织图；
图6为本申请实施例提供的施加超声振荡后的Al-6Si合金显微组织图；
图7为本申请实施例提供的施加超声振荡后的Al-6Si-0.2Sb-xEu铝合金显微组织图；
图8为本申请实施例提供的Al-6Si-0.8Eu-XSb合金的导电性能和抗拉强度；
图9为本申请实施例提供的施加18kHz，2000W超声的Al-6Si-0.8Eu-0.2Sb合金的显微形貌图；
图10为本申请实施例提供的Al-20Si-2Eu-XSb合金的导电性能和抗拉强度
图11本申请实施例提供的不加超声熔炼的Al-20Si合金的显微组织形貌图。
图12本申请实施例提供的不加超声熔炼的Al-20Si-2Eu的显微组织形貌图；
图13为本申请实施例提供的20kHz，500W超声熔炼的Al-20Si-2Eu-0.4Sb的显微组织形貌图；
图14本申请实施例提供的6201-0.2Eu-0.2Sb合金的导电性能和抗拉强度；
图15本申请实施例提供的变质前6201合金的显微组织形貌图；
图16本申请实施例提供的22kHz，1500W超声熔炼的6201-0.2Eu-0.2Sb合金的显微组织形貌图；
图17本申请实施例提供的变质前4047合金的显微组织形貌图；
图18本申请实施例提供的20kHz，1000W超声熔炼的4047-0.5Eu-0.5Sb合金的显微组织形貌图；
图19本申请实施例提供的4047-0.2Eu-0.2Sb合金的导电性能和抗拉强度。
具体实施方式
本申请提供了一种铝合金及其制备方法和应用，用于解决现有技术中缺乏同时具备优异强度和导电性能的铝合金的技术问题。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用试剂或原料均为市售或自制。
实施例1
本实施例1提供了Al-0.4Sb-xEu铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量Al-0.4Sb-xEu铝合金的制备原料
步骤1.1、采用真空电弧炉制备Al-20Eu和Al-5Sb中间合金，其中，Al-20Eu中间合金中Eu的质量分数为20％，Al-5Sb中间合金中Sb的质量分数为5％；
步骤1.2、分别按照Al-0.4Sb-0Eu铝合金、Al-0.4Sb-1Eu铝合金、Al-0.4Sb-2Eu铝合金、Al-0.4Sb-3Eu铝合金、Al-0.4Sb-4Eu铝合金以及Al-0.4Sb-5Eu铝合金中，Sb的质量分数为0.4％，Eu的质量分数为0％，1％，2％，3％，4％，5％，6％的配比，用万分之一精度的天平称量对应的高纯铝(纯度99.99％)、Al-20Eu以及Al-5Sb中间合金，得到Al-0.4Sb-0Eu铝合金、Al-0.4Sb-1Eu铝合金、Al-0.4Sb-2Eu铝合金、Al-0.4Sb-3Eu铝合金、Al-0.4Sb-4Eu铝合金以及Al-0.4Sb-5Eu铝合金的制备原料，记为Al-0.4Sb-xEu铝合金的制备原料。
步骤2、熔炼第一铝合金熔融物
步骤2.1、将Al-0.4Sb-xEu铝合金的制备原料高纯铝(99.99％)放入电炉熔炼装置进行升温至700℃熔化，保温30分钟后扒渣，再分别加入Al-0.4Sb-xEu铝合金的制备原料Al-20Eu和Al-5Sb进行变质熔融处理，待变质剂熔化后搅拌并保温30min，得到一组第一铝合金熔融物；
步骤2.2、打开预热的超声波工作头发生器，将超声波工作头伸进步骤2.1所述一组第一铝合金熔融物中施加振荡30秒，得到一组第二铝合金熔融物；其中，超声波工作头发生器的频率为20kHz，功率为1000W。
步骤3、成型Al-0.4Sb-xEu铝合金
将步骤2.2所述一组第二铝合金熔融物浇铸到预热的铸铁镶铜芯模具中成型，得到Al-0.4Sb-0Eu铝合金、Al-0.4Sb-1Eu铝合金、Al-0.4Sb-2Eu铝合金、Al-0.4Sb-3Eu铝合金、Al-0.4Sb-4Eu铝合金以及Al-0.4Sb-5Eu铝合金，记为Al-0.4Sb-xEu铝合金。
实施例2
本实施例2提供了Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金的制备原料
步骤1.1、采用真空电弧炉制备Al-20Eu、Al-5Sb以及Al-20Si中间合金，其中，Al-20Eu中间合金中Eu的质量分数为20％，Al-5Sb中间合金中Sb的质量分数为5％，Al-20Si中间合金中Si的质量分数为20％；
步骤1.2、分别按照Al-6Si-0.2Sb-0Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.2Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.5Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.8Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-1Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-1.5Eu硅铝合金以及Al-6Si-0.2Sb-2Eu硅铝合金中，Si的质量分数为6％，Sb的质量分数为0.2％，Eu的质量分数为0％，0.2％，0.5％，0.8％，1.0％，1.5％，2.0％的配比，用万分之一精度的天平称量对应的高纯铝(纯度99.99％)、Al-20Eu、Al-5Sb以及Al-6Si中间合金，得到Al-6Si-0.2Sb-0Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.2Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.5Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.8Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-1Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-1.5Eu硅铝合金以及Al-6Si-0.2Sb-2Eu硅铝合金的制备原料，记为Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金的制备原料。
步骤2、熔炼第一铝合金熔融物
步骤2.1、将Al-6Si-0.2Sb-xEu铝合金的制备原料高纯铝(99.99％)和Al-20Si放入电炉熔炼装置进行升温至700℃熔化，保温30分钟后扒渣，再分别加入Al-6Si-0.2Sb-xEu铝合金的制备原料Al-20Eu和Al-5Sb进行变质熔融处理，待变质剂熔化后搅拌并保温30min，得到一组第一铝合金熔融物；
步骤2.2、待第一铝合金熔融物合金冷却至620℃固液相共存区温度后，打开预热的超声波工作头发生器，分别将超声波工作头伸进步骤2.1所述一组第一铝合金熔融物中施加振荡30秒，得到一组第二铝合金熔融物；其中，超声波工作头发生器的频率为20kHz，功率为600W。
步骤3、成型Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金
将步骤2.2所述一组第二铝合金熔融物浇铸到预热的铸铁镶铜芯模具中成型，得到Al-6Si-0.2Sb-0Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.2Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.5Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-0.8Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-1Eu硅铝合金、Al-6Si-0.2Sb-1.5Eu硅铝合金以及Al-6Si-0.2Sb-2Eu硅铝合金。
实施例3
本实施例3提供了Al-6Si硅铝合金的制备方法，制备方法与实施例2的区别在于，未添加未添加稀土金属Sb和Eu。
实施例4
本实施例4提供了Al-6Si硅铝合金的制备方法，制备方法与实施例3的区别在于，未进行步骤2.2，打开预热的超声波工作头发生器进行超声振荡。
实施例5
本实施例5提供了Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金的制备原料
步骤1.1、采用真空电弧炉制备Al-20Eu、Al-10Sb以及Al-20Si中间合金，其中，Al-20Eu中间合金中Eu的质量分数为20％，Al-5Sb中间合金中Sb的质量分数为5％，Al-20Si中间合金中Si的质量分数为20％；
步骤1.2、分别按照Al-6Si-0.8Eu-0Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.1Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.2Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.3Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.4Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.5S硅铝合金以及Al-6Si-0.8Eu-0.6Sb硅铝合金中，Si的质量分数为6％，Eu的质量分数为0.8％，Sb的质量分数为0％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，0.6％的配比，用万分之一精度的天平称量对应的高纯铝(纯度99.99％)、Al-20Eu、Al-5Sb以及Al-6Si中间合金，得到Al-6Si-0.8Eu-0Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.1Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.2Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.3Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.4Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.5Sb硅铝合金以及Al-6Si-0.8Eu-0.6Sb硅铝合金的制备原料，记为Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金的制备原料。
步骤2、熔炼第一铝合金熔融物
步骤2.1、将Al-6Si-0.8Eu-XSb铝合金的制备原料高纯铝(99.99％)和Al-20Si放入电炉熔炼装置进行升温至700℃熔化，保温30分钟后扒渣，再分别加入Al-6Si-0.2Sb-xEu铝合金的制备原料Al-20Eu和Al-5Sb进行变质熔融处理，待变质剂熔化后搅拌并保温30min，得到一组第一铝合金熔融物；
步骤2.2、待第一铝合金熔融物合金冷却至620℃固液相共存区温度后，打开预热的超声波工作头发生器，分别将超声波工作头伸进步骤2.1所述一组第一铝合金熔融物中施加振荡45秒，得到一组第二铝合金熔融物；其中，超声波工作头发生器的频率为18kHz，功率为2000W。
步骤3、成型Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金
将步骤2.2所述一组第二铝合金熔融物浇铸到预热的铸铁镶铜芯模具中成型，得到Al-6Si-0.8Eu-0Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.1Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.2Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.3Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.4Sb硅铝合金、Al-6Si-0.8Eu-0.5S硅铝合金以及Al-6Si-0.8Eu-0.6Sb硅铝合金。
实施例6
本实施例6提供了Al-20Si-2Eu-XSb硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金的制备原料
步骤1.1、采用真空电弧炉制备Al-20Eu、Al-10Sb以及Al-40Si中间合金，其中，Al-20Eu中间合金中Eu的质量分数为20％，Al-5Sb中间合金中Sb的质量分数为5％，Al-40Si中间合金中Si的质量分数为40％；
步骤1.2、分别按照Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金中，Si的质量分数为20％，Eu的质量分数为2％，Sb的质量分数为0.4％的配比，用万分之一精度的天平称量对应的高纯铝(纯度99.99％)、Al-20Eu、Al-5Sb以及Al-40Si中间合金，得到Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金的制备原料。
步骤2、熔炼第一铝合金熔融物
步骤2.1、将Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金的制备原料高纯铝(99.99％)和Al-40Si放入电炉熔炼装置进行升温至700℃熔化，保温30分钟后扒渣，再分别加入Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金的制备原料Al-20Eu和Al-10Sb进行变质熔融处理，待变质剂熔化后搅拌并保温30min，得到第一铝合金熔融物；
步骤2.2、待第一铝合金熔融物合金冷却至620℃固液相共存区温度后，打开预热的超声波工作头发生器，分别将超声波工作头伸进步骤2.1所述第一铝合金熔融物中施加振荡60秒，得到第二铝合金熔融物；其中，超声波工作头发生器的频率为20kHz，功率为500W。
步骤3、成型Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金
将步骤2.2所述第二铝合金熔融物浇铸到预热的铸铁镶铜芯模具中成型，得到Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金。
实施例7
本实施例7提供了Al-20Si-2Eu-XSb硅铝合金的制备方法，制备方法与实施例6的区别在于，制备的是不含稀土金属Sb的Al-20Si-2Eu硅铝合金。
实施例8
本实施例8提供了Al-20Si硅铝合金的制备方法，制备方法与实施例6的区别在于，制备的是不含稀土金属Sb和Eu的Al-20Si硅铝合金。
实施例9
本实施例9提供了6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称量6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金的制备原料
步骤1.1、采用真空电弧炉制备Al-5Eu、Al-5Sb中间合金，其中，Al-5Eu中间合金中Eu的质量分数为5％，Al-5Sb中间合金中Sb的质量分数为5％；
步骤1.2、分别按照6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金中，Eu的质量分数为2％，Sb的质量分数为0.2％的配比，用万分之一精度的天平称量对应的6201铝合金、高纯铝(纯度99.99％)、Al-5Eu和Al-5Sb中间合金，得到6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金的制备原料。
步骤2、熔炼第一铝合金熔融物
步骤2.1、将6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金的制备原料高纯铝(99.99％)和6201铝合金放入电炉熔炼装置进行升温至700℃熔化，保温30分钟后扒渣，再分别加入Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金的制备原料Al-20Eu和Al-10Sb进行变质熔融处理，待变质剂熔化后搅拌并保温30min，得到第一铝合金熔融物；
步骤2.2、待第一铝合金熔融物合金冷却至620℃固液相共存区温度后，打开预热的超声波工作头发生器，分别将超声波工作头伸进步骤2.1所述第一铝合金熔融物中施加振荡15秒，得到第二铝合金熔融物；其中，超声波工作头发生器的频率为22kHz，功率为1500W。
步骤3、成型6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金
将步骤2.2所述第二铝合金熔融物浇铸到预热的铸铁镶铜芯模具中成型，得到6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金。
实施例10
本实施例10提供了4047硅铝共晶合金的制备方法，将步骤2.2所述第二铝合金熔融物浇铸到预热的铸铁镶铜芯模具中成型，得到4047-0.5Eu-0.5Sb硅铝合金。
实施例11
本实施例为对实施例1-10制备得到的Al-0.4Sb-xEu铝合金、Al-6Si-0.2Sb-xEu铝合金、Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金、Al-20Si-2Eu-XSb硅铝合金以及6201-0.2Eu-0.2Sb合金进行显微组织观察分析以及导电性能和抗拉强度测试，显微组织观察分析具体通过德国Leica Microsystems生产的型号为DMi8C的智能型数字式倒置金相显微镜(OM)和日立公司生产的型号为S-3400N(II)的扫描电镜(SEM)分析，机械强度分析具体为抗拉强度分析。
其中，对实施例1提供的Al-0.4Sb-xEu铝合金进行显微组织观察分析以及导电性能和抗拉强度测试如图1-3所示，从图1可以看出对于Al-0.4Sb-xEu铝合金，随着Eu质量分数的增加，Al-0.4Sb-xEu铝合金的抗拉强度也随之增加，并且在Eu质量分数为0～4％的范围内，随着Eu质量分数的增加，Al-0.4Sb-xEu铝合金的导电系数也随之增加，这说明在含铝金属，如铝中加入包括Eu和/或Sb的变质剂熔炼的同时超声振荡熔铸成型，有利于形成具有均匀分布细化物相的铝合金，提高了铝合金的机械强度和导电系数。
为了探究稀土金属Sb和Eu改善铝合金导电性能以及抗拉强度的机理，对未添加稀土金属Sb和Eu的铝以及Al-0.4Sb-3Eu铝合金进行显微组织观察分析，从图2-3可以看出与未添加稀土金属Sb和Eu的铝呈等轴晶形貌相比，Al-0.4Sb-3Eu铝合金的晶粒明显得到细化，说明稀土金属Sb和Eu能够细化晶粒，有利于Al-0.4Sb-xEu铝合金中自由电子移动，提高Al-0.4Sb-3Eu铝合金的导电性能，同时，富Eu相和富Sb相在晶界处析出，提高了Al-0.4Sb-3Eu铝合金的抗拉强度。
其中，对实施例3-4提供的硅铝合金，实施例2提供的Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金进行显微组织观察分析以及导电性能和抗拉强度测试如图4-7所示，从图3可以看出对于Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金，随着Eu质量分数的增加，Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金的抗拉强度也随之增加，并且，在Eu质量分数为0～0.8％的范围内，随着Eu质量分数的增加，Al-6Si-0.2Sb-xEu硅铝合金的导电系数也随之增加；
为了探究稀土金属Sb和Eu改善硅铝合金导电性能以及抗拉强度的机理，对实施例3提供的未添加稀土金属Sb和Eu的硅铝合金、实施例4提供的未超声振荡熔铸的硅铝合金以及实施例2提供的Al-6Si-0.2Sb-0.5Eu硅铝合金进行显微组织观察分析，从图5-7可以看出，与实施例4提供的未超声振荡熔铸的Al-6Si硅铝合金的初生α-Al树枝晶发达粗大，轮廓不明显且形状不规则，共晶Si组织呈现出粗大的长针状，杂乱地分布在α-Al基体中相比，实施例3提供的未添加稀土金属Sb和Eu的硅铝合金由于进行了超声振荡熔铸，粗大的α-Al枝晶、长针状的Si相变成了短针状特征，这说明超声振荡熔铸能够显著破碎α-Al枝晶，长针状的Si相，从而抑制长针状Si相和将割裂基体造成的应力和电荷集中，从而提高了硅铝合金的导电性能和抗拉强度
进一步比较实施例3与实施例2提供的硅铝合金的显微组织图，可以看出，在硅铝合金中加入包括Eu和/或Sb的变质剂熔炼的同时超声振荡熔铸成型，可以细化硅铝合金中的金属晶粒，使硅铝合金中的α-Al轮廓清晰呈非连续特征的细长椭圆状枝晶组织，共晶Si被细化成微小颗粒，在α-Al相界面处富集，这是由于Eu元素原子在Si的固/液界面吸附，阻碍共晶Si以台阶机制的生长及抑制共晶Si的孪晶机制的生长，使共晶Si细化并出现侧向分枝，引起生长方向的改变，抑制共晶Si生长成粗大针网状。长针状共晶Si组织使电子发生尖端富集效应，不利于电子迁移，因此加入适量的Eu后使Al-6Si合金的导电性能和力学性能变得更佳。
其中，对实施例3-4提供的硅铝合金，实施例5提供的Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金进行显微组织观察分析以及导电性能和抗拉强度测试如图8-9所示，如图8所示，在Sb的质量分数为0.1～0.3％的范围内，随着Sb质量分数的增加，Al-6Si-0.8Eu-XSb合金的抗拉强度也随之增加，更重要的是，Al-6Si-0.8Eu-XSb合金的导电系数也随之增加，其中，Al-6Si-0.8Eu-0.2Sb合金导电的导电系数为52.1％，抗拉强度为162MPa。
为了探究稀土金属Sb和Eu改善硅铝合金导电性能以及抗拉强度的机理，对实施例3提供的未添加稀土金属Sb和Eu的硅铝合金、实施例4提供的未超声振荡熔铸的硅铝合金以及实施例5提供的Al-6Si-0.8Eu-0.2Sb硅铝合金进行显微组织观察分析，结果如图9所示，Al-6Si-0.8Eu-0.2Sb硅铝合金中共晶Si由针网状、层片状变质为弥散的纤维颗粒状，α-Al变为细长椭圆状枝晶组织，比变质前Al-6Si合金的枝晶臂更小，使得Al-6Si-0.8Eu-XSb硅铝合金的抗拉强度和导电性能得到了极大的改善。由此可见，超声波、Eu、Sb都能不同程度地改善Al-6Si合金的显微组织，从而提高其力学性能以及导电性能。
其中，对实施例8提供的Al-20Si硅铝合金、实施例7提供的Al-20Si-2Eu硅铝合金，实施例6提供的Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金进行显微组织观察分析以及导电性能和抗拉强度测试如图10-13所示，如图10所示，实施例8提供的Al-20Si硅铝合金抗拉强度为120MPa，导电系数为28％，实施例7提供的Al-20Si-2Eu硅铝合金抗拉强度为155MPa，导电系数为40.17％。采用超声波辅助熔炼Al-20Si-2Eu-0.4Sb，导电系数提高到45.18％，抗拉强度增加了168MPa，这说明稀土金属Eu和Sb提高了Al-20Si硅铝合金的抗拉强度；
为了探究稀土金属Sb和Eu改善硅铝合金导电性能以及抗拉强度的机理，对实施例8提供的Al-20Si硅铝合金、实施例7提供的Al-20Si-2Eu硅铝合金，实施例6提供的Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金进行显微组织观察分析，图11所示，实施例8提供的Al-20Si硅铝合金的灰色初晶硅呈星型、蝴碟型、三角型等块状粗晶组织，这种棱角尖锐的组织割裂着铝基体，使铝合金的应力和电荷更容易发生积累，导致Al-20Si合金强度和导电性不足；图12所示的Al-20Si-2Eu硅铝合金，初晶Si明显被细化，但仍有一定的偏聚，白色的α-Al连续树枝状晶体仍比较明显。图13所示实施例6提供的Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金，大块初晶Si变质为弥散的小圆粒状，分散了合金中初生Si和减少初生Si团聚，改善吸氧反应倾向，提高变质效率，表明超声波和0.4％Sb和2％Eu能显著改善铸造Al-20Si合金的组织。因此，超声波、Eu和Sb变质使得Al-20Si合金的抗拉强度、塑性和导电性能得到了极大的改善。
对实施例9提供的6201-0.2Eu-0.2Sb铝合金进行显微组织观察分析以及导电性能和抗拉强度测试如图14-16所示，从图4可以看出对于6201-0.2Eu-0.2Sb铝合金，随着Eu和Sb的添加，6201-0.2Eu-0.2Sb硅铝合金的抗拉强度也随之增加。
为了探究稀土金属Sb和Eu改善6201铝合金导电性能以及抗拉强度的机理，对未添加稀土金属Sb和Eu的铝以及6201-0.2Eu-0.2Sb铝合金进行显微组织观察分析，从图15-16可以看出与未添加稀土金属Sb和Eu的6201铝合金呈相比，6201-0.2Eu-0.2Sb铝合金的晶粒明显得到细化，说明稀土金属Sb和Eu能够细化晶粒，提高了6201-0.2Eu-0.2Sb铝合金的抗拉强度。
为了探究稀土金属Sb和Eu改善4047硅铝合金导电性能以及抗拉强度的机理，对未添加稀土金属Sb和Eu的铝以及4047-0.5Eu-0.5Sb铝合金进行显微组织观察分析，从图17-18可以看出与未添加稀土金属Sb和Eu的6201铝合金呈相比，4047-0.5Eu-0.5Sb铝合金的晶粒明显得到细化，说明稀土金属Sb和Eu能够细化晶粒，提高了4047-0.5Eu-0.5Sb铝合金的导电率和抗拉强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、分别按照Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金中，Si的质量分数为20％，Eu的质量分数为2％，Sb的质量分数为0.4％的配比，用万分之一精度的天平称量对应的纯度为99.99％的铝、Al-20Eu、Al-5Sb以及Al-40Si中间合金，得到Al-20Si-2Eu-0.4Sb硅铝合金的制备原料；将纯度为99.99％的铝和Al-40Si放入电炉熔炼装置进行升温至700℃熔化，保温30分钟后扒渣，再加入Al-20Eu和Al-10Sb进行变质熔融处理，待变质剂熔化后搅拌并保温30min，得到第一铝合金熔融物；
步骤2、待第一铝合金熔融物合金冷却至620℃固液相共存区温度后，打开预热的超声波工作头发生器，分别将超声波工作头伸进所述第一铝合金熔融物中施加振荡60秒，得到第二铝合金熔融物；其中，超声波工作头发生器的频率为20kHz，功率为500W；
步骤3、将所述第二铝合金熔融物进行成型，得到铝合金Al-20Si-2Eu-0.4Sb。
2.一种铝合金，由权利要求1所述制备方法制备得到。
3.权利要求2所述铝合金在大直流铝排或热交换器材料中的应用。
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