CN103146940B - 一种铝磷合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属金属材料领域，涉及一种用于细化铝-硅系合金中初晶硅的铝磷合金的制备方法。该方法以工业纯铝和磷铁合金为原料，先将工业纯铝熔化至850℃–1150℃，将磷铁合金加入到熔体中，搅拌至完全反应，使磷铁合金中磷化铁与铝反应形成高熔点的AlP颗粒，铁以原子态溶解于铝熔体中；再将反应后的熔体引入至过滤装置的保温炉1中，待熔体静置、过滤后，将过滤板4上部熔体浇铸成型可得到铝磷合金，下部分熔体则得到铝铁合金副产品。所制备的铝磷合金具有良好的细化效果。本发明工艺方法采用常规熔炼设备，成本低、操作简便，适合规模化生产。
Description
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-硅系合金中初晶硅的铝磷合金的制备方法。
背景技术
共晶及过共晶铝-硅系合金在使用前需对其中的初晶硅进行细化。目前，工业上一般通过向铝熔体中添加磷元素来实现对初晶硅的细化（亦称变质处理），主要使用的含磷变质剂有：赤磷、铜-磷、铝-磷和硅-磷合金等。赤磷燃点较低（240℃），加入到熔体中会生成大量有毒的P2O5气体，严重污染环境。铜-磷合金密度较大，在静置炉中易沉淀偏析，变质效果不稳定。近年来发展迅速的铝基、硅基含磷合金克服了赤磷、铜-磷等变质剂的缺点，如：申请号为200610042395的中国专利报道了一种磷-硅合金及其制备方法，该合金对初晶硅相具有良好的细化效果，并在生产中获得了推广应用。但生产此种磷-硅合金，需要将磷以蒸汽的方式引入到熔体中，因而工艺较复杂，且生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生产成本低、工艺简便、适合工业化生产的铝磷合金的制备方法，该合金能对共晶及过共晶铝–硅系合金中的初晶硅起到高效的细化作用。
本发明是通过以下方式实现的：
一种铝磷合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）首先按以下质量百分比准备好制备铝磷合金所需的原料：纯铝90.0–96.0，磷铁合金4.0–10.0，其中磷铁合金所含化学成分的质量百分比为：磷24.0–30.0；锰<2.0；钛<2.0；硅<1.0；其余为铁；
（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化至850℃–1150℃，加入磷铁合金，保温并搅拌5–30分钟，使磷铁合金中磷化铁与铝反应形成高熔点的AlP颗粒，铁以原子态溶解于铝熔体中；
（3）将上述反应后的熔体引入至过滤装置中，过滤装置由上下两个部分构成，上部为保温炉，下部为流槽，中部嵌有过滤板，待熔体静置、过滤后，AlP颗粒被过滤板阻挡而留在上部，而在下部可得到铝铁合金液；将上部熔体直接浇铸成型，则得到铝磷合金，将铝铁合金液处理、浇铸，则可得到铝铁合金副产品。
通过该方法可制备一种铝磷合金，其所含化学成分的质量百分比为：铝93.0–98.0，磷1.0–6.0，铁＜1.0，硅＜0.1；铝磷合金的含磷量高低可通过调整磷铁合金的加入量和控制过滤装置中上、下两部分熔体体积来实现。
由于磷铁合金是一种价格低廉的富磷原料，合金中的磷可用于初晶硅的细化，而其中的铁亦用途广泛，如：可作为铝合金用铁添加剂，或用于生产导电铝合金等。因此，利用磷铁合金，使用上述工艺生产出铝磷合金和铝铁合金副产品，具有重要的现实意义。
本发明制备的铝磷合金具有含磷量高、细化效果稳定、加入量少和熔点低等优点。在加入量小于0.3%的情况下，可使初晶硅尺寸由150μm以上减小到35μm以下。与通过将磷蒸汽引入到熔体中来制备含磷合金的工艺相比，该种方法工艺简单，制备过程中无需特殊设备，适合工业生产。
附图说明
图1为本发明过滤装置结构示意图
图中，1为保温炉，2为电阻丝，3为铝磷合金液出口，4为过滤板，5为流槽，6为铝铁合金液出口
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的三个最佳实施例。
实施例1
（1）按工业纯铝96.0%、磷铁合金4.0%的质量百分比称取原料，其中磷铁合金所含化学成分的质量百分比为：磷25.0；锰1.5；钛1.5；硅1.0；其余为铁；
（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化至850℃，加入磷铁合金，充分搅拌5分钟至反应完全；
（3）将上述反应后的熔体引入至图1所示过滤装置的保温炉1中，将熔体静置、过滤，AlP颗粒被陶瓷过滤板4阻挡留在保温炉1中，铝铁合金液则经由铝铁合金液出口6处获得；将保温炉1中的熔体直接浇铸成型，得到铝磷合金；将铝铁合金液直接浇铸成型，则得到铝铁合金副产品。
按照上述配比和工艺可得到铝磷合金，其中铝磷合金化学成分的质量百分比为：磷2.5，铁<0.7，硅<0.1，其余为铝。
实施例2
（1）按工业纯铝93.0%、磷铁合金7.0%的质量百分比称取原料，其中磷铁合金所含化学成分的质量百分比为：磷28.0；锰1.0；钛1.0；硅1.0；其余为铁；
（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化至1000℃，加入磷铁合金，充分搅拌15分钟至反应完全；
（3）将上述反应后的熔体引入至图1所示过滤装置的保温炉1中，将熔体静置、过滤，AlP颗粒被陶瓷过滤板4阻挡留在保温炉1中，铝铁合金液则由铝铁合金液出口6处获得；将保温炉1中的熔体直接浇铸成型，得到铝磷合金；将铝铁合金液直接浇铸成型，则得到铝铁合金副产品。
按照上述配比和工艺得到铝磷合金，其中铝磷合金化学成分的质量百分比为：磷4.0，铁<0.8，硅<0.1，其余为铝。
实施例3
（1）按工业纯铝90.0%、磷铁合金10.0%的质量百分比称取原料，其中磷铁合金所含化学成分的质量百分比为：磷30.0；锰2.0；钛2.0；硅1.5；其余为铁；
（2）在熔炼炉中将工业纯铝熔化至1150℃，加入磷铁合金，充分搅拌30分钟至反应完全；
（3）将上述反应后的熔体引入至图1所示过滤装置的保温炉1中，将熔体静置、过滤，AlP颗粒被陶瓷过滤板4阻挡留在保温炉1中，铝铁合金液由铝铁合金液出口6处获得；将保温炉1中的熔体直接浇铸成型，得到铝磷合金；将铝铁合金液直接浇铸成型，得到铝铁合金副产品。
按照上述配比和工艺可得到铝磷合金，其中铝磷合金化学成分的质量百分比为：磷5.5，铁<1.0，硅<0.15，其余为铝。
Claims (1)
1.一种铝磷合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)首先按以下质量百分比准备好制备铝磷合金所需的原料：工业纯铝90.0–96.0，磷铁合金4.0–10.0；其中磷铁合金所含化学成分的质量百分比为：磷24.0–30.0，锰<2.0，钛<2.0，硅<1.0，其余为铁；
(2)在熔炼炉中将工业纯铝熔化至850℃–1150℃，加入磷铁合金，保温并搅拌5-30分钟，使磷铁合金中磷化铁与铝反应形成高熔点的AlP颗粒，铁以原子态溶解于铝熔体中；
(3)将上述反应后的熔体引入至过滤装置中，过滤装置由上下两个部分构成，上部为保温炉(1)，下部为流槽(5)，中部嵌有过滤板(4)，待熔体静置、过滤后，AlP颗粒被过滤板(4)阻挡而留在上部，而在下部可得到铝-铁合金液；将上部含有AlP颗粒的熔体直接浇铸成型，得到铝磷合金；将铝铁合金液处理、浇铸，则可得到铝铁合金副产品。
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