CN100389216C - 一种铜-硅-硼中间合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于变质工业近共晶铝-硅合金的铜-硅-硼中间合金及其制备方法。该中间合金的化学组成为：铜50.0-78.0，硅20.0-48.0，硼0.5-5。制备步骤是：按比例准备好工业纯铜、结晶硅、铜-硼中间合金原料，在熔炼炉中1300℃～1500℃条件下将工业纯铜和铜-硼中间合金先熔化，再加入结晶硅，然后迅速搅拌至完全反应，直接浇注成锭。该中间合金在使用过程中无污染，不含磷，熔化速度快，变质效果稳定、长效，制备工艺简单，成本低，是一种工业近共晶铝硅合金变质剂。
Description
技术领域
本发明属金属材料领域，特别是涉及一种用于工业近共晶铝硅合金变质处理的中间合金——铜-硅-硼中间合金及其制备方法。
背景技术
近共晶铝硅合金由于具有质量轻、易加工和成本低等优点是制造活塞的首选材料，特别是磷变质处理后，在铝基体上析出大量细小的初晶硅，形成了自生硅颗粒增强铝基复合材料，具有良好的耐磨性，体积稳定性和耐热性能等。因此，磷变质处理在发动机活塞制造业中得到广泛采用。工业生产中磷主要是以赤磷、磷盐或中间合金等形式加入。但这些方法都存在着许多缺点：赤磷的燃点低(240℃)，运送不安全，且变质时反应剧烈，产生大量有毒的P2O5气体，严重地污染环境；磷盐效果不稳定，使用过程中也存在环境污染问题；铜-磷中间合金熔点高，加入到铝合金中后难熔化，易偏析，效果不稳定。为此，国内外进行了长期的探索，试图寻求一种理想的环保中间合金。专利号为ZL01107704.2的中国专利报道了铝-磷-铜中间合金及其制备方法；专利号为ZL00310105444.3的中国专利报道了一种低熔点铜-磷基中间合金及其制备方法，两者都较好地解决了变质剂添加过程中的污染问题，但是这些中间合金的制备工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种无污染、不含磷且制备使用简便的铜-硅-硼中间合金及其制备方法。
本发明是通过以下方式实现的：
铜-硅-硼中间合金，其特征是它由铜、硅、硼三种元素组成，各组分的质量百分比为：铜50.0-78.0，硅20.0-48.0，硼0.5-5。
上述铜-硅-硼中间合金的制备方法，是通过以下步骤实现的：
(1)按工业纯铜5.0～73.5％、工业纯硅20.0～48.0％、铜-硼中间合金5.0～50.0％的质量百分比称取原料；
(2)在熔炼炉中将纯铜和铜-硼中间合金熔化至1300℃～1500℃，然后加入已称取好的硅迅速搅拌至反应完全；
(3)直接浇注成锭。
上述铜-硅-硼中间合金的制备方法，其特征是步骤(1)中所述的铜-硼中间合金由铜、硼两种元素组成，各组分的质量百分比为：铜85.0～95.0，硼5.0～15.0。
元素硼能够与工业纯铝硅合金中镁、钙等多种元素相结合形成多元化合物，该化合物可以作为初晶硅的结晶核心，从而促进近共晶铝硅合金中初晶硅的析出；铜硅二元合金中的高熔点质点在熔融铝硅合金中也可作为初晶硅析出的衬底，从而也起到促进共晶铝硅合金中初晶硅的析出的作用。本发明铜-硅-硼中间合金利用元素硼促进近共晶铝硅合金中初晶硅的析出及高熔点铜-硅中间合金在铝硅合金中的遗传性，对工业近共晶铝硅合金进行变质处理。铜-硅-硼中间合金具有变质效果稳定、无污染、制备工艺简单等优点，在铜-硅-硼中间合金加入量为1％的情况下，可使近共晶铝-硅合金组织中析出细小圆整尺寸在30μm左右的初晶硅，是一种工业近共晶铝-硅合金变质剂。
具体实施方式
下面给出本发明的三个最佳实施例：
实施例1
首先按纯铜25％、硅25％；含硼10％的铜-硼合金50％的质量比称取原料；
将纯铜和铜-硼中间合金熔化并升温至1480℃，然后加入已称好的硅，迅速搅拌至完全反应；
直接浇注成锭。
按照上述配比得到一种最佳成分的铜-硅-硼中间合金，其化学成分(质量百分比)为：硅25，硼5，其余为铜。
实施例2
首先按纯铜50％、硅40％；含硼10％的铜-硼合金10％的质量比称取原料；
将纯铜和铜-硼中间合金熔化并升温至1350℃，然后加入已称好的硅，迅速搅拌至完全反应；
直接浇注成锭。
按照上述配比得到的铜-硅-硼中间合金，其化学成分(质量百分比)为：硅40，硼1，其余为铜。
实施例3
首先按纯铜40％、硅30％；含硼10％的铜-硼合金30％的质量比称取原料；
将纯铜和铜-硼中间合金熔化并升温至1350℃，然后加入已称好的硅，迅速搅拌至完全反应；
直接浇注成锭。
按照上述配比得到的铜-硅-硼中间合金，其化学成分(质量百分比)为：硅30，硼3，其余为铜。
Claims (3)
1.一种铜-硅-硼中间合金，其特征是它由铜、硅和硼组成，各组分的质量百分比为：铜50.0-78.0，硅20.0-48.0，硼0.5-5。
2.制备权利要求1所述铜-硅-硼中间合金的方法，其特征是包括以下步骤：
(1)按工业纯铜5.0～73.5％、工业纯硅20.0～48.0％、铜-硼中间合金5.0～50.0％的质量百分比称取原料；
(2)在熔炼炉中将纯铜和铜-硼中间合金熔化至1300℃～1500℃，然后加入已称取好的硅迅速搅拌至反应完全；
(3)直接浇注成锭。
3.根据制备权利要求2所述铜-硅-硼中间合金的制备方法，其特征是步骤(1)中的铜-硼中间合金由铜、硼两种元素组成，各组分的质量百分比为：铜85.0～95.0，硼5.0～15.0。
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| Segregation structures of melt-spun Cu-Si-B alloys andtheir high temperature deformation behaviour. M.A.MORRIS, D.G.MORRIS.Acta Metallurgica,Vol.37 No.1. 1989 |
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