CN101054637A - 一种铝硅合金变质剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于细化铝硅合金中初晶硅的铝硅合金变质剂及其制备方法。其特征在于其质量百分比组成为磷：0.5％－20％，钛：3％－5％，碳：0.1％－0.8％，余量为铝。制备过程包括以下步骤：(1)将赤鳞和铝粉均匀混合；混合粉中铝粉的质量百分比为55％－90％，赤鳞的重量百分比为10％－45％；(2)将上述混合粉末压块；(3)在真空或惰性气氛中自蔓延合成铝－磷合金；(4)将步骤3制备的铝－磷合金破碎、球磨后再次压块；(5)称取活性炭和氟钛酸钾粉末，均匀混合后压块；活性炭和氟钛酸钾混合粉末中，钛∶碳质量比为7－25；(6)将工业纯铝熔化，依次加入活性炭和氟钛酸钾的混合粉末压块、铝－磷合金压块，搅拌至完全熔化后，直接浇注成锭或挤压成线材。本发明的合金在制备和使用过程中无污染；可以像铝钛硼合金一样加入流槽中，在正常的铸造过程中添加，变质工艺简单；变质温度低；磷吸收率高，变质效果稳定、长效。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于细化铝硅合金中初晶硅的铝硅合金变质剂及其制备方法。
背景技术
过共晶/共晶Al-Si合金线膨胀系数小，密度轻，具有良好的流动性、抗热裂性，优良的耐磨、耐蚀性能，是制造内燃机活塞、汽车斜盘式压缩机用斜盘和活塞的优质材料。然而，该合金常规铸造组织中呈粗大板片状、多角状、五瓣星状的初生Si相严重割裂基体组织，不仅降低了合金的力学性能，还严重地恶化了合金的铸造性能，影响了合金的实用化。如何更好的细化、变质处理初生Si相，是更好利用共晶Al-Si合金和发展过共晶Al-Si合金的关键。
目前，国内外实际生产中通常采用磷类变质剂变质处理初生Si相，与Na等其它类变质剂相比，采用磷类变质剂不仅可以细化初晶Si，同时还可以使Al-Si合金的共晶点左移，增加初晶Si数量。目前国内外主要应用的磷类变质剂有赤磷、磷盐复合变质剂和Cu-P(含8％-10％P)中间合金。国内主要采用赤磷和磷盐复合变质剂。国外发达国家由于普遍采用变频或工频感应炉熔炼铝合金，所以主要采用Cu-P中间合金变质剂。然而，上述这些变质剂在使用过程中存在诸多问题：(1)对于赤磷复合变质剂，赤磷燃点为240℃，运输和保存过程中存在安全隐患；加入过程中反应剧烈，产生有毒五氧化二磷气体，污染环境；磷的吸收率低，且难以控制。(2)磷盐复合变质剂，也产生有害气体，环境污染较严重；产生大量反应渣，腐蚀炉衬，增加铝耗；磷的吸收率受工艺条件限制，变质效果不稳定，废品率高。(3)Cu-P中间合金，熔点高，加入后难熔化；密度大，易偏析，不适合静置炉生产(国内生产状况)，仅适合感应炉生产；同时还增加合金中的Cu含量，这对于含Cu要求敏感的合金不适合。
近年来，日本和德国研制了含有AlP预制晶核的Al-Cu-P中间合金，它们通过粉末冶金法成型，然后热挤压成杆状，在铸锭铸造和半连续水冷铸造期间，可以像Al-Ti-B丝那样，在正常的铸造温度下连续地加在流槽中，无污染，工艺简单，变质效果良好。国内也有人研制了含有AlP预制晶核的Al-P中间合金，但是，该合金采用巨毒药品AlP做原料，生产过程存在一定的安全问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种结合粉末冶金工艺和熔铸法特点的含有AlP预制晶核的低成本、高效、“绿色”铝硅合金变质剂及其制备方法。
本发明的目是通过以下技术方案实现的。
一种铝硅合金变质剂，其特征在于其质量百分比组成为磷：0.5％-20％，钛：3％-5％，碳：0.1％-0.8％，余量为铝。
本发明的一种铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：
(1)称取赤鳞和铝粉，均匀混合；混合粉中铝粉的质量百分比含量为55％-90％，赤鳞的重量百分比含量为10％-45％；最佳质量百分配比为10％-40％的赤鳞和60％-90％的铝粉；
(2)将上述混合粉末压块；
(3)在真空或惰性气氛中自蔓延合成铝-磷合金；
(4)将步骤3制备的铝-磷合金破碎、球磨后再次压块。
(5)称取活性碳和氟钛酸钾粉末，均匀混合后压块；活性碳和氟钛酸钾混合粉末中，钛：碳质量比为7-25；
(6)将工业纯铝熔化，依次加入活性碳和氟钛酸钾的混合粉末压块、铝-磷合金压块，搅拌至完全熔化后，直接浇注成锭或挤压成线材。
本发明的铝硅变质剂在制备和使用过程中无污染，是一种“清洁”、“绿色”变质剂；可以像铝钛硼合金一样加入流槽中，在正常的铸造过程中添加，无需增加工艺过程，变质工艺简单；变质温度低；磷吸收率稳定，加入量可精确控制；变质效果好，变质效果稳定、长效。尤其适用于凝固速度低的大活塞铸件的变质与细化，能显著提高铸件品质。
附图说明
图1是过共晶铝硅合金-A390合金未经变质时的金相组织照片。
图2是过共晶铝硅合金-A390合金经富磷合金(78wt％Cu、10wt％P、10wtSi和1-2wt％Ni，)变质后的金相组织照片(变质温度为810℃)。
图3是过共晶铝硅合金-A390合金经本发明的变质剂变质后的金相组织照片(变质温度为730℃)。
具体实施方案
一种铝硅合金变质剂，其质量百分比组成为磷：0.5％-20％，钛：3％-5％，碳：0.1％-0.8％，余量为铝。其制备过程包括以下步骤：(1)称取赤鳞和铝粉，均匀混合；混合粉中铝粉的质量百分比含量为55％-90％，赤鳞的重量百分比含量为10％-45％；最佳质量百分配比为10％-40％的赤鳞和60％-90％的铝粉；(2)将上述混合粉末压块；(3)在真空或惰性气氛中自蔓延合成铝-磷合金；自蔓延合成可以在任何形式的自蔓延设备中进行，点火线圈采用普通电阻丝或钨丝，点火线圈放置在压块上方；(4)将步骤3制备的铝-磷合金破碎、球磨后再次压块；(5)称取活性碳和氟钛酸钾粉末，均匀混合后压块；活性碳和氟钛酸钾混合粉末中，钛：碳质量比为7-25；(6)将工业纯铝熔化，依次加入活性碳和氟钛酸钾的混合粉末压块、铝-磷合金压块，搅拌至完全熔化后，直接浇注成锭或挤压成线材。
下面给出本发明的最佳实例。
实施例1
(1)变质剂的质量百分比组成为，磷：2％，钛：3％，碳：0.15％，余量为铝。(2)称取质量百分配比为20％的赤鳞和80％的铝粉，均匀混合，在1kN压力下压块。(3)将压块放入自制的真空自蔓延反应器中，采用铁铬铝电阻丝做点火线圈。点火后200s反应完成。(4)将步骤3制备的铝-磷合金在鄂式破碎机中破碎后，放入普通球磨机中球磨0.5-1小时。取100目筛下粉末，在1kN压力下再次压块。(5)按变质剂质量百分配比钛：3％，碳：0.15％，称取活性碳和氟钛酸钾粉末，均匀混合后在1kN压力下压块。(6)称取工业纯铝，加热熔化，在800-860℃依次加入活性碳和氟钛酸钾的混合粉末压块、铝-磷合金压块，搅拌至完全熔化后，直接浇注成锭。
方案2：变质剂的质量百分比组成为，磷：5％，钛：3％，碳：0.15％，余量为铝。按方案1方法制备该变质剂。
方案3：变质剂的质量百分比组成为，磷：3.5％，钛：3％，碳：0.15％，余量为铝。按方案1方法制备该变质剂铸锭后，在挤压区温度为450-480℃条件下，挤压成线材，或连铸连轧成线材。
方案4：(1)变质剂的质量百分比组成为，磷：0.5％，钛：3％，碳：0.1％，余量为铝。按方案1方法制备该变质剂。
方案5：(1)变质剂的质量百分比组成为，磷：20％，钛：5％，碳：0.8％，余量为铝。按方案1方法制备该变质剂。
Claims (3)
1.一种铝硅合金变质剂，其特征在于其质量百分比组成为磷：0.5％-20％，钛：3％-5％，碳：0.1％-0.8％，余量为铝。
2.一种铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于制备过程包括以下步骤：
(1)称取赤鳞和铝粉，均匀混合；混合粉中铝粉的质量百分比55％-90％，赤鳞的重量百分比为10％-45％；最佳质量百分配比为10％-40％的赤鳞和60％-90％的铝粉；
(2)将上述混合粉末压块；
(3)在真空或惰性气氛中自蔓延合成铝-磷合金；
(4)将步骤3制备的铝-磷合金破碎、球磨后再次压块。
(5)称取活性碳和氟钛酸钾粉末，均匀混合后压块；活性碳和氟钛酸钾混合粉末中，钛：碳质量比为7-25；
(6)将工业纯铝熔化，依次加入活性碳和氟钛酸钾的混合粉末压块、铝-磷合金压块，搅拌至完全熔化后，直接浇注成锭或挤压成线材。
3.根据权利2要求所述的一种铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于赤鳞和铝粉的混合粉中铝粉的质量百分比含量为60％-90％，赤鳞的重量百分比含量为10％-40％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |