本發明屬于鋁合金鑄造技術領域，特別涉及一種復合細化變質SiO2/富Fe鋁基復合材料的方法。
背景技術：
鋁及其合金質量輕、強度高、耐腐蝕性能優異、導電性能和成型性能好，成為廣泛應用的金屬材料之一，是僅次于鋼鐵材料的第二大金屬結構材料。高含量的鋁合金中主要存在三元相α-Fe相和β-Fe相，其中α-Fe相呈漢字狀，具有復雜旋繞的枝晶，對鋁合金性能的危害較小。而β-Fe相在鋁合金中呈粗大的針片狀，對基體有嚴重的割裂作用。
亞共晶鋁硅合金的密度低，鑄造性能好，力學性能高，能鑄造復雜形狀的高強度鑄件，其在汽車、航空航天等行業得到廣泛的應用。對于未變質的鋁硅合金，共晶硅相呈粗大片狀或塊狀結構，且比較脆，在相的尖端和棱角處引起應力集中，早期的裂紋容易在此處產生，力學性能特別是塑性顯著降低。
為進一步改善鋁合金性能，通過外加或者內生反應法在鋁合金基體獲得高硬顆粒，即鋁基復合材料，是提高鋁合金耐磨性和高溫力學性能的有效手段。該類型材料往往具有比強度、比剛度高、熱膨脹系數小、高溫性能好、抗疲勞性能好等優點，近年來已在航空、航天、汽車工業、先進武器制造等領域受到廣泛應用。
針對亞共晶鋁硅合金的變質主要有Na變質、Sr變質、Sb變質等。目前，工業生產過程中都會對鋁硅合金進行變質處理，來改變共晶硅形態，由粗大的片狀或針狀轉變為纖維狀，提高合金的力學性能，尤其是延伸率，同時變質對Al-Si合金的收縮行為也有強烈的抑制作用，工業中最常用的變質劑是Sr中間合金和鹽。Na鹽由于容易衰退和不易控制逐漸被Sr取代，但是研究結果表明，Sr變質劑的加入也伴隨著氣孔等缺陷的增多，也容易產生過變質現象，降低合金的性能。Sb變質具有不衰退、脫氣等優點，但變質效果一般，且相應時間慢。
Mn是變質鋁硅合金中Fe相最常見且最有效的變質元素。吳亮等【吳亮，Mn、Sr對鋁硅合金中鐵相的影響，鑄造，2011年12期（60），1185-1189】證實Mn可將β-Fe相由針狀轉變成細小的魚骨狀，并均勻分布于α-Al枝晶中。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的目的旨在提供一種復合細化變質高鐵SiO2/鋁基復合材料的方法得到了具有良好抗拉強度和延伸率的合金，改善了材料的微觀組織結構。
本發明的目的通過以下技術方案實現：
一種復合細化變質高鐵鋁硅合金復合材料的方法，包括以下步驟：
（1）制備SiO2/富Fe鋁基復合材料的熔體，在780℃保溫反應30min；
（2）對多元復合細化變質劑在200℃進行預熱，所述細化變質劑包含Sr、Mn、Al-3Ti-B；
（3）將細化變質劑投入步驟（1）制備的SiO2/富Fe鋁基復合材料的熔體中，在溫度730-750℃保溫15min，并施加機械攪拌。加入C2Cl6進行精煉除氣，扒渣后于銅模中澆鑄成型；
所述Al-3Ti-B用量為：SiO2/富Fe鋁基復合材料質量的0.1%-0.2%。
所述Sr元素的用量為：SiO2/富Fe鋁基復合材料質量的0.03%-0.12%。
所述Mn元素的用量為：SiO2/富Fe鋁基復合材料中Fe元素質量的0.6%-0.8%。
所述C2Cl6的用量為：SiO2/富Fe鋁基復合材料質量的0.15%。
所述多元復合細化變質劑由Al-3Ti-B、Al-10Sr、Al-10Mn中間合金組成。
與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：
（1）本發明將對Fe相的細化變質處理與亞共晶Si相的變質處理合為一體，簡化了鑄造鋁合金中相熔體處理工藝，降低了成本，且經大量實驗和生產證明，具有非常好的細化變質效果，改善了鋁硅合金的性能；
（2）本發明的多元復合細化變質處理方法工藝簡單，多元復合細化變質劑成分易于控制，易于實現工業化批量生產；
（3）本發明的多元復合細化變質劑在使用過程中，均無污染物排出，屬于環保型技術；
（4）本發明制備的SiO2/富Fe鋁基復合材料較基體高鐵鋁硅合金性能得到了大幅度的提升。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施案例1：
AlSi9Cu1-1Fe復合材料的制備：
本實施案例中的1.5%SiO2/富Fe鋁基復合材料的制備技術具體操作方法如下：
1.首先將一定量的富Fe鋁硅合金在300℃下預熱5min，采用井式電阻爐、石墨坩堝熔煉上述材料；
2.將溫度升高至780℃，保溫20min，待鋁硅合金熔化后，將1.5%質量分數的SiO2粉末加入至合金溶液中，進行攪拌，反應30min后取出坩堝，加入C2Cl6進行精煉除氣。最后澆鑄于銅模之中。空冷后取樣觀察顯微組織，并測試其力學性能。發現，合金中α-Al成粗大枝晶狀分布，Fe相則以粗大針片狀β-Fe相存在，Si相則以片狀，長條針狀形式存在。材料的抗拉強度、屈服強度、伸長率分別為240MPa、210MPa和2.1%。
實施案例2：
AlSi9Cu1-1Fe復合材料的制備及變質處理：
本實施案例與實施案例1基本相同，本案例所添加的Mn含量為Fe含量的0.65倍，Sr含量為鋁硅復合材料的0.09%。本案例對AlSi9Cu1-1Fe復合材料的制備及變質處理的具體操作流程如下：
1.首先將一定量的富Fe鋁硅合金在300℃下預熱5min，采用井式電阻爐、石墨坩堝熔煉上述材料；
2.將溫度升高至780℃，保溫20min，待鋁硅合金熔化后，將1.5%質量分數的SiO2粉末加入至合金溶液中，進行攪拌，反應30min后取出坩堝，加入C2Cl6進行精煉除氣；
3.將溫度降至730℃-750℃，加入0.9%的Al-10Sr合金以及6.5%的Al-10Mn中間合金，進行攪拌，反應15min中取出，加入C2Cl6進行精煉除氣，最后澆鑄于銅模之中。空冷后取樣觀察顯微組織，并測試其力學性能。發現，大針片狀β-Fe相幾乎已經完全轉變為漢字狀α-Fe相存在，共晶Si相尖端變得圓潤化，逐漸向類球狀轉變，基體晶粒也的到了一定的細化，逐漸向等軸晶轉變。材料的抗拉強度、屈服強度、伸長率分別為280MPa、240MPa和5.2%，較原始復合材料分別提升了16.7%、14.2%以及147.6%。
實施案例3：
AlSi9Cu1-1Fe復合材料的制備及復合細化變質處理：
本實施案例與實施案例1基本相同，本案例所添加的Mn含量為Fe含量的0.65倍，Sr含量為鋁硅復合材料的0.09%，Al-3Ti-B含量為鋁硅復合材料的0.1%。本案例對AlSi9Cu1-1Fe復合材料的制備及復合變質處理的具體操作流程如下：
1.首先將一定量的富Fe鋁硅合金在300℃下預熱5min，采用井式電阻爐、石墨坩堝熔煉上述材料；
2.將溫度升高至780℃，保溫20min，待鋁硅合金熔化后，將1.5%質量分數的SiO2粉末加入至合金溶液中，進行攪拌，反應30min后取出坩堝，加入C2Cl6進行精煉除氣；
3.將溫度降至730℃-750℃，加入0.9%的Al-10Sr合金、6.5%的Al-10Mn中間合金以及0.1%的Al-3Ti-B合金，進行攪拌，反應15min中取出，加入C2Cl6進行精煉除氣，最后澆鑄于銅模之中。空冷后取樣觀察顯微組織，并測試其力學性能。發現，大針片狀β-Fe相幾乎已經完全轉變為國字狀α-Fe相存在，共晶Si相尖端變得圓潤化，逐漸向類球狀轉變，基體晶粒也的到了顯著細化，等軸晶化較細化之前更為明顯。材料的抗拉強度、屈服強度、伸長率分別為290MPa、248MPa和5.7%，較原始復合材料分別提升了20.8%、18.1%以及171.4%。性能提升相當明顯。