CN102634694A

CN102634694A - 一种铝–钇–磷中间合金及其制备方法

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Publication number: CN102634694A
Application number: CN2012101226627A
Authority: CN
Inventors: 左敏; 赵德刚; 耿浩然; 王艳; 周国荣; 杨中喜
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: CN102634694B

Abstract

本发明属金属材料领域，涉及一种用于细化共晶及过共晶铝–硅系合金中初晶硅的铝–钇–磷中间合金及其制备方法。在该中间合金体系中，P以磷化钇形式存在。该合金化学组成按质量百分比为：铝80.0–97.5%，钇1.5–16.0%，磷0.5–5.0%。制备步骤是：按比例准备好工业纯铝、铝–磷中间合金、工业纯钇或铝-钇合金。在熔炼炉中将工业纯铝熔化至800℃–1100℃，先加入铝–磷中间合金，经搅拌5–10分钟后，再加入工业纯钇或者铝-钇合金，升温至1200℃–1400℃，反应完全并搅拌均匀后直接浇注成锭或制备成线材。所制备的铝–钇–磷中间合金对共晶及过共晶铝-硅合金内的硅相具有良好的双重变质效果，能显著提高合金的力学性能。

Description

一种铝–钇–磷中间合金及其制备方法

技术领域

本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化共晶及过共晶铝–硅系合金中初晶硅和共晶硅的铝–钇–磷中间合金及其制备方法。

背景技术

在工业生产中，一般采用加磷的方法对共晶及过共晶铝-硅系合金中的初晶硅进行变质处理，主要包括含赤磷粉的混合细化剂、磷盐复合细化剂以及含磷中间合金。其中赤磷和磷盐细化剂在使用过程中放出大量的五氧化二磷有毒气体，严重地污染环境，并且磷烧损严重，吸收率极低，变质效果不稳定。

目前，应用较广泛的含磷中间合金主要包括以下几种：铜–磷、铝–铜–磷、铝–铁–磷、铝–硅–磷、铝–锆–磷等中间合金。对于铜–磷中间合金而言，其熔点高，加入后难熔化，而且密度大，易产生沉淀偏析，变质效果不稳定，不适合电阻炉等静置炉的使用。同时，该中间合金的使用增加了合金中的铜含量，从而限制了其在不要求含铜的铝合金中的应用。但是铝–铜–磷、铝–铁–磷、铝–硅–磷这三种铝基中间合金，P均以AlP形式存在于中间合金体系中，由于AlP易于与空气中的水蒸气反应而氧化、水解，从而导致中间合金中的磷含量在保存过程中逐步降低。申请号为ZL200910016834.0的中国专利报道了一种铝–锆–磷中间合金及其制备方法，在该中间合金内磷以磷化锆的形式存在，其对共晶及过共晶铝-硅合金具有良好的变质、细化效果。但是其制备方法是将含有锆元素的氟盐加入到铝液反应，氟盐与铝液反应过程中会腐蚀熔炼坩埚和工具，同时反应过程中释放出氟化物的有毒气体和烟雾。

文献[汪长勤, 赵玉涛, 张松利, 陈刚. 稀土钇对A356合金显微组织和拉伸性能的影响. 机械工程材料, 2010(34): 13-16]中报道，稀土钇是铝–硅合金的一种优良变质剂，能使粗大的板条状共晶硅变为细小的纤维状、颗粒状。文献[孙宝德, 李克, 王俊, 周尧和. 镧、钇稀土在过共晶铝硅合金中的作用. 上海交通大学学报, 1999(33): 795-798]中报道，结合磷的作用，镧、钇可实现初晶硅和共晶硅的双重变质。但由于未能将两者熔制成低熔点合金，使之加入过程繁琐，变质、细化效果不稳定，因而至今未能得到工业上的推广应用。

发明内容

为了解决常用铝基中间合金中的P以AlP形式存在，使其在保存过程中P的含量降低进而导致其细化效果降低的技术不足，本发明提供了一种能使P以稳定形式存在的铝-钇-磷中间合金。

本发明同时还提供了一种铝-钇-磷中间合金的制备方法。

本发明的技术方案：

一种铝–钇–磷中间合金，所含组分的质量百分比为：铝 80.0–97.5%，钇 1.5–16.0%，磷 0.5–5.0%。本发明提供的铝–钇–磷中间合金中的磷以磷化钇形式存在；磷化钇性质稳定。

上述铝–钇–磷中间合金中各组分的质量百分比优选为：磷 4.7–4.9%，钇 14.0–14.6%，余量为铝；此时的铝–钇–磷中间合金对铝硅合金中硅相的细化效果最好。

一种上述铝–钇–磷中间合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）依据上述铝–钇–磷中间合金中各组分的质量百分比准备原料：即钇1.5-16.0%或铝-钇合金2.5-93.5%，铝–磷中间合金 6.7–90.0%，余量为工业纯铝；

（2）在熔炼炉中将铝熔化，然后升温至800℃–1100℃，加入铝–磷中间合金搅拌均匀，再加入钇或铝–钇合金，升温至1200℃–1400℃，保温5-20分钟；

（3）搅拌均匀后浇注成型。

其中，铝熔化之后的炉温根据要加入的铝–磷中间合金中Al的含量在800–1100℃中选择，其中Al的含量越高，需要的炉温越低；

加入钇或铝–钇合金之后的炉温根据要加入的钇或铝–钇合金中钇的含量在1200℃–1400℃中选择，钇的含量越高，需要的炉温越高；

保温时间同样是根据加入的钇或铝–钇合金中钇的含量在5-20分钟中选择，钇的含量越高，需要的保温时间越长。

在制备过程中，各组分会有不同程度的烧损，因此会导致产品中各组分的含量与原料中各组分的含量存在微小差异。

本发明的有益效果：

铝–钇–磷中间合金中的P以磷化钇形式存在于中间合金体系中，而磷化钇粒子在加入到铝-硅合金熔体中后，能够与铝熔体原位反应生成磷化铝，为初晶硅相提供了异质形核衬底；同时释放出钇元素，发挥对共晶硅相的变质作用；可实现对共晶及过共晶铝-硅合金内硅相的高效双重变质，显著提高合金的力学性能。与P以AlP形式存在的铝基中间合金相比，铝–钇–磷中间合金中的磷化钇性质稳定可以起到固磷作用；在铝–钇–磷中间合金的存放过程中P的含量不会降低，因此在其使用过程中存在加入量少、细化效果稳定的优点。具体表现在，保温30分钟条件下：本发明提供的铝–钇–磷中间合金可使A390铝合金中的初晶硅尺寸细化至20μm以下，共晶硅相由原来的粗大针状转变为短杆状或点蠕状，合金的室温抗拉强度（铸态下）由未细化前的140MPa提高至185MPa；而P以AlP形式存在的铝基中间合金只能使A390铝合金中的初晶硅尺寸细化至25μm以下，对共晶硅无变质效果。相较于对初晶硅和共晶硅具有双重变质效果的、Al的质量含量只有20%的Al-Y中间合金，铝-钇-磷中间合金中Al的质量含量高达80.0–97.5%，因此具有较低熔点；将铝-钇-磷中间合金加入到铝-硅合金进行熔体处理时，易于熔化，在750℃时便能发挥变质细化效果。

附图说明

图1为添加Al-6Y-2P中间合金前A390合金的金相组织照片；

图2为添加Al-6Y-2P中间合金后A390合金的金相组织照片。

具体实施方式

实施例1

（1）按工业纯铝 21.5%、铝–磷中间合金 64.0%、工业纯钇 14.5%的质量百分比称取原料，其中铝–磷中间合金中铝的质量百分比为92.5%，磷的质量百分比为7.5%；

（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化，将熔炼炉升温至1000℃–1100℃，先加入铝–磷中间合金，搅拌5–10分钟后混合均匀，再加入工业纯钇，升温至1300℃–1400℃，保温10-20分钟；

（3）搅拌均匀后直接浇注成型，可以浇铸为锭、制备成线材或其他形状。

按照上述配比和工艺得到一种最佳成分的铝–钇–磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：磷 4.7–4.9%，钇 14.0–14.6%，其余为铝。

实施例2

（1）按工业纯铝 8.0%、铝–磷中间合金 70.0%、铝-钇合金22.0%的质量百分比称取原料，其中铝–磷中间合金中铝的质量百分比为95.0%，磷的质量百分比为5.0%，铝-钇合金中铝的质量百分比为50%，钇的质量百分比为50%；

（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化至900℃–1050℃，先加入铝–磷中间合金，搅拌5–10分钟后，再加入铝-钇合金，升温至1200℃–1300℃，保温10-15分钟；

按照上述配比和工艺制取的铝–钇–磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：磷 3.3–3.6%，钇 10.8–11.2%，其余为铝。

实施例3

（1）按工业纯铝 22.9%、铝–磷中间合金 57.1%、铝-钇合金 20.0%的质量百分比称取原料。其中铝–磷中间合金中铝的质量百分比为96.5%，磷的质量百分比量为3.5%，铝-钇合金中铝的质量百分比为70.0%，钇的质量百分比为30.0%；

（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化至850℃–1000℃，先加入铝–磷中间合金，经搅拌5–10分钟后，再加入铝-钇合金，升温至1200℃–1250℃，保温5-10分钟；

按照上述配比和工艺制取的铝–钇–磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：磷 1.9–2.1%，钇 5.7–6.1%，其余为铝。

实施例4

（1）按工业纯铝 9.3%、铝–磷中间合金 46.7%、铝-钇合金 44.0%的质量百分比称取原料。其中铝–磷中间合金中铝的质量百分比为98.5%，磷的质量百分比为1.5%，铝-钇合金中铝的质量百分比为95.0%，钇的质量百分比为5.0%；

（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化至800℃–900℃，先加入铝–磷中间合金，经搅拌5–10分钟后，再加入铝-钇合金，升温至1200℃，保温5-10分钟；

按照上述配比和工艺制取的铝–钇–磷中间合金，其化学成分的质量百分比为：磷 0.6–0.8%，钇 2.1–2.5%，其余为铝。

Claims

1.一种铝–钇–磷中间合金，其特征在于：其组分的质量百分比为：

铝 80.0–97.5%，钇 1.5–16.0%，磷 0.5–5.0%。

2.根据权利要求1所述的铝–钇–磷中间合金，其特征在于，其组分的质量百分比为：磷 4.7–4.9%，钇 14.0–14.6%，余量为铝。

3.一种权利要求1所述的铝–钇–磷中间合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）依据铝–钇–磷中间合金的组成准备原料：组分钇的原料来自纯钇或铝-钇合金，组分磷的原料来自铝–磷中间合金，组分铝的原料来自纯铝和铝–磷中间合金或来自纯铝、铝–磷中间合金和铝-钇合金；

（2）将铝熔化，然后升温至800℃–1100℃，加入铝–磷中间合金搅拌均匀，再加入钇或铝–钇合金，升温至1200℃–1400℃，保温5-20分钟；

（3）搅拌均匀后浇注成型。