CN102978487A

CN102978487A - 一种铝合金磷变质剂

Info

Publication number: CN102978487A
Application number: CN2012105524146A
Authority: CN
Inventors: 王熹; 易绿林; 何德生; 朱亿鹏
Original assignee: Hunan Jiangbin Machinery Group Co Ltd
Current assignee: Hunan Jiangbin Machinery Group Co Ltd
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: CN102978487B

Abstract

本发明公开了一种铝合金磷变质剂，所述铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：10～25%的含碳可燃粉末、30～70%的CuP8合金、10～25%的KCl、3～10%的K₂TiF₆和3～10%的K₂ZrF₆，上述组分研磨成粉末后充分混合。本发明的铝合金磷变质剂与磷盐相比，产生的烟尘少，更加环保，磷吸收率高，降低了材料成本。

Description

一种铝合金磷变质剂

技术领域

本发明涉及变质剂技术领域，更具体地说，特别涉及一种铝合金磷变质剂。

背景技术

在铸造Al-Si合金中，未经细化的初晶硅呈不规则的块状或板条状，尺寸较大，严重割裂铝基体，容易在硅相尖端和棱角处引起应力集中，尤其是在产生热变形后，初晶硅周围的热应力超过初晶硅的强度极限时，初晶硅断裂，成为裂纹源，降低合金机械性能。初晶硅尺寸越大，则其周围的热应力越大，初晶硅断裂倾向性越强。因此，在发动机活塞的生产中必须对合金中的初晶硅进行变质细化处理，以提高合金的力学性能，保证活塞的使用性能。在工业生产中，普遍采用P变质的方法对初晶硅进行变质细化，微量P的加入可使初晶硅尺寸减小、分布均匀且形貌圆润化，可明显提高合金的力学性能。

磷变质机理：磷加入铝硅合金中,在800℃时和铝反应生成AlP，其熔点为1060℃，在不高于850℃的温度下不会分解，密度为2.85g/cm3，比液态铝硅合金2.68g/cm3略高，不漂浮，因此可作为稳定的外来晶核。AlP和硅具有金刚石型结构的晶体特性，晶格常数相近（Si：a₀=0.542nm；AlP：a₀=0.545nm），最小原子间距离也十分接近。因此，合金液经变质处理后，AlP微粒能够在合金凝固过程中为初晶硅的析出提供形核衬底，成为初晶硅的结晶核心，使初晶硅的形核率增加，促进初晶硅细化。

磷加入铝硅合金中,在800℃时和铝反应生成AlP，其熔点为1060℃，在不高于850℃的温度下不会分解，密度为2.85g/cm3，比液态铝硅合金2.68g/cm3略高，不漂浮，因此可作为稳定的外来晶核。AlP和硅具有金刚石型结构的晶体特性，晶格常数相近（Si：a0=0.542nm；AlP：a0=0.545nm），最小原子间距离也十分接近。因此，合金液经变质处理后，AlP微粒能够在合金凝固过程中为初晶硅的析出提供形核衬底，成为初晶硅的结晶核心，使初晶硅的形核率增加，促进初晶硅细化。

目前，行业中应用最广泛的磷变质剂有含赤磷粉的混合盐、磷化物混合盐和Cu-P中间合金。最早的时候单独采用赤磷粉，现由于环保的原因，很少单独使用。还有Al-P中间合金变质剂，但由于其技术尚不成熟，也未获得广泛运用。

现有技术存在以下几方面的缺陷：第一，含赤磷粉的混合盐中由于赤磷的存在，变质反应会产生大量烟尘，同时各种盐类对坩埚有腐蚀作用，降低坩埚使用寿命，同时由于含赤磷粉的混合盐中的P在变质反应过程中大部分被燃烧消耗掉了，留在合金中P含量较少，即含赤磷粉的混合盐的P吸收率较低，因此要想保证合金中的P含量控制在要求范围内，需要加入较多的含赤磷粉的混合盐才能实现，从而提高了变质剂的材料成本。第二，磷化物混合盐在变质反应过程中不会产生大量热量，必须把铝液温度升至800℃以上才能发生变质反应，需要在合金熔炼阶段加入，延长了P变质剂加入到合金浇铸完成这一过程的时间。并且磷化物混合盐的使用是粉末的形式置于铝液表面，变质反应并不够充分，变质效果不易保证。第三，Cu-P中间合金和磷化物混合盐一样，在变质反应过程中不会产生大量热量，通常在合金熔炼阶段加入，延长了P变质剂加入到合金浇铸完成这一过程的时间。同时，Cu-P中间合金的密度大于铝液，容易产生偏析，为了保证变质效果，对工艺参数控制要求较高。

综上所述，研究一种产生的烟尘少、更加环保、磷吸收率高的铝合金变质剂，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种铝合金磷变质剂。为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种铝合金磷变质剂，所述铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：10～25%的含碳可燃粉末、30～70%的CuP8合金、10～25%的KCl、3～10%的K₂TiF₆和3～10%的K₂ZrF₆，上述组分研磨成粉末后充分混合。这样，铝合金磷变质剂由无烟煤粉、CuP8合金、KCl、K₂TiF₆和K₂ZrF₆以一定比例组成，其中无烟煤粉起燃烧放热作用，以升高变质反应界面温度，并且不会产生大量烟尘，无烟煤粉应尽量细小均匀；CuP8合金熔点低，易于溶解于铝合金中，与铝液发生变质反应，CuP8合金颗粒应尽量细小；KCl、K₂TiF₆和K₂ZrF₆作为缓冲剂，缓和变质反应和碳粉的燃烧，使变质反应不会过于剧烈，同时K₂TiF₆和K₂ZrF₆还作为晶粒细化剂，改善合金力学性能。该铝合金磷变质剂的各种成分按比率均匀混合，并通过压制设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。

进一步地，所述铝合金磷变质剂各组分的质量百分含量为：15～25%的含碳可燃粉末、45～55%的CuP8合金、15～25％的KCl、5～8%的K₂TiF₆和5～8%的K₂ZrF₆。

进一步地，所述CuP8合金的粒径小于或者等于5㎜。

进一步地，所述含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。

本发明的有益效果是：

本发明的铝合金磷变质剂由于煤粉（无烟煤粉）的存在，在磷变质剂加入铝合金中后，能够燃烧放出热量，使局部铝液温度升高，达到变质反应所需的工艺温度（800℃以上）。因此变质剂能够在合金精炼阶段770～800℃范围内加入，充分进行变质反应，获得良好的变质效果，从而缩短磷变质剂加入到合金浇铸完成这一过程的时间，保证变质效果的稳定。该铝合金变质剂中的煤粉（无烟煤粉）不会像赤磷粉一样在变质反应过程中产生大量烟尘，有利于工作环境的改善。

本发明的铝合金磷变质剂中的CuP8合金本身的磷吸收率就比磷盐高，加上CuP8合金的粒度控制在比较细小的范围内、加入温度适宜，使变质反应充分、迅速，由于磷烧损量较低，使得铝合金磷变质剂的磷吸收铝大幅提高，从而降低了变质剂的材料成本。

本发明的铝合金磷变质剂，由于能够在合金精炼过程中加入，故只需对合金精炼温度进行控制就获得良好的变质效果，而一般合金的精炼温度本身就是必须控制的，因此本发明的铝合金变质剂对工艺参数的控制要求较低，容易保证良好的变质效果。

本发明的铝合金磷变质剂与磷盐相比，产生的烟尘少，更加环保，磷吸收率高，降低了材料成本；该铝合金磷变质剂与单独的Cu-P合金相比，其能够在合金精炼过程加入，大幅缩短了磷变质剂加入到合金浇铸完成这一过程的时间，能够保证变质效果的稳定。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种铝合金磷变质剂。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面的具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：10～25％的含碳可燃粉末、30～70％的CuP8合金、10～25%的KCl、3～10%的K₂TiF₆和3～10%的K₂ZrF₆，上述组分经选定后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。其中，CuP8合金的粒径小于或者等于5㎜。含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。

实施例二

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂各组分的质量百分含量为：15～25%的含碳可燃粉末、45～55％的CuP8合金、15～25%的KCl、5～8%的K₂TiF₆和5～8%的K₂ZrF₆。上述组分经选定后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。其中，CuP8合金的粒径小于5㎜。含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。

实施例三

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：10%的含碳可燃粉末、70%的CuP8合金、10%的KCl、5%的K₂TiF₆和5%的K₂ZrF₆，上述组分经选定后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。其中，CuP8合金的粒径小于或者等于5㎜。含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。

实施例四

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：25%的含碳可燃粉末、30%的CuP8合金、25%的KCl、10%的K₂TiF₆和10%的K₂ZrF₆，上述组分经选定后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。其中，CuP8合金的粒径小于或者等于5㎜。含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。

实施例五

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：15%的含碳可燃粉末、60％的CuP8合金、15%的KCl、3%的K₂TiF₆和7%的K₂ZrF₆，上述组分经选定后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。其中，CuP8合金的粒径小于或者等于5㎜。含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。

实施例六

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：15%的含碳可燃粉末、55％的CuP8合金、20%的KCl、7%的K₂TiF₆和3%的K₂ZrF₆，上述组分经选定后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。其中，CuP8合金的粒径小于或者等于5㎜。含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。

实施例七

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂各组分的质量百分含量为：20%的含碳可燃粉末、50%的CuP8合金、20%的KCl、5%的K₂TiF₆和5%的K₂ZrF₆。称取上述各组分后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状成品。其中，CuP8合金的粒径小于5㎜。含碳可燃粉末为无烟煤。

实施例八

本实施例提供了一种铝合金磷变质剂，该铝合金磷变质剂各组分的质量百分含量为：20%的含碳可燃粉末、50％的CuP8合金、20%的KCl、K₂TiF₆和K₂ZrF₆一起占该铝合金磷变质剂总量的10%，K₂TiF₆和K₂ZrF₆两者的比例可以任意选定。上述组分经选定后，各自研磨成粉末后充分混合均匀，再通过设备压制成预定重量的块状或圆柱状成品。其中，CuP8合金的粒径不大于5㎜。含碳可燃粉末为碳粉。

所得铝合金磷变质剂的理化性能见表1，表1中铝合金磷变质剂的理化性能取用数据为各个实施例在应用过程中所得性能数据的范围值。

表一实施例与对比例的磷变质剂的性能对比

以上对本发明所提供的一种铝合金磷变质剂进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种铝合金磷变质剂，其特征在于，所述铝合金磷变质剂包括以下质量百分含量的组分：10～25%的含碳可燃粉末、30～70%的CuP8合金、10～25%的KCl、3～10%的K₂TiF₆和3～10%的K₂ZrF₆。

2.根据权利要求1所述的铝合金磷变质剂，其特征在于，所述铝合金磷变质剂各组分的质量百分含量为：15～25%的含碳可燃粉末、45～55%的CuP8合金、15～25%的KCl、5～8%的K₂TiF₆和5～8%的K₂ZrF₆。

3.根据权利要求1或2所述的铝合金磷变质剂，其特征在于，所述CuP8合金的粒径小于或者等于5㎜。

4.根据权利要求1或2所述的铝合金磷变质剂，其特征在于，所述含碳可燃粉末为无烟煤、碳粉或者煤粉中的至少一种。