CN104259417B - 一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了提供一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂，还公开了该合金变质剂的其制备方法和使用方法，该合金变质剂在熔化的半固态浆料内加入后，能够极大的提高半固态浆料的固液比和球状晶的含量，能够提高半固态浆料的制备效率和浆料质量，确保最终压铸产品的质量；该制备方法简单易于操作，能够在简易设备中大规模制备该合金变质剂。本发明的合金变质剂具有极佳的使用效果和推广意义。

Description

一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂
技术领域
本发明涉及一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂及其制备的方法。
背景技术
20世纪70年代初发展起来的半固态压铸技术，使传统压铸方式发生了深刻变化。国内外学者提出了许多半固态金属浆料制备工艺方法，如机械搅拌法、电磁搅拌法、控制凝固法、应变激活工艺、粉末冶金方法以及其他方法等。目前很多的半固态金属制浆方法存在以下不足：半固态浆料固液比难控制，制备的半固态浆料球状晶组织比例小；压铸的半固态铸件易产生冷隔、浇不足缺陷，特别是铸件组织球化铝偏低，影响铸件成型。这些不足使半固态压铸工艺的产品质量较差。
目前，行业半固态制浆工艺研究偏重半固态浆料的制备的设备和方法，对加入合金变质剂以提高半固态浆料质量和产品性能的研究较少，并且，现有的合金变质剂均不能够有效的提高半固态浆料的固液比和球状晶的含量。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂及其制备方法，该合金变质剂在熔化的半固态浆料内加入后，能够极大的提高半固态浆料的固液比和球状晶的含量，能够提高半固态浆料的制备效率和浆料质量，确保最终压铸产品的质量；该制备方法简单易于操作，能够在简易设备中大规模制备合金变质剂。
为解决上述问题，本发明采用技术方案为：一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂，所述合金变质剂的组分及其质量比为，硅：铁：铜：锰：镁：锌：钛：铅：铝的质量比为(6.05～6.95)：(0.15～0.45)：(0.12～0.65)：(0.002～0.006)：(0.001～0.5)：(0.025～0.05)：(0.002～0.08)：(0.002～0.06)：(90.5～93.2)。
以上的质量比例范围，是经过大量的比例组分试验得到的最佳的比例范围，该组分范围内的合金变质剂，在加入到半固态浆料后，能够提高半固态浆料的固液比和球状晶的含量，能够提高半固态浆料的制备效率和浆料质量，确保最终压铸产品的质量。
合金变质剂为固态的变质剂添加环状料。制备为不同质量的变质剂添加环状料，能够在添加过程中根据半固态浆料的质量选择不同质量的环状料加入，提高半固态浆料的生产便利性。
一种制备上述合金变质剂的方法，制备方法的步骤为：
(1)将纯度为99.99％的纯铝加入到石模坩埚，将石模坩埚放入电炉中加热升温到735～765℃，使纯铝熔化。
(2)向石模坩埚内加入金属铜、铝镁合金、钛合金添加剂、金属硅，使石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为(6.05～6.95)：(0.15～0.45)：(0.12～0.65)：(0.002～0.006)：(0.001～0.5)：(0.025～0.05)：(0.002～0.08)：(0.002～0.06)：(90.5～93.2)；在实际操作中，也可以选用其他种类的金属或金属合金，只要使最终的组分满足上述范围即可。
(3)将石模坩埚内的合金熔化后精炼，得到合金变质剂；然后取样光谱分析合金变质剂的化学成分和金相组织；以此来确认合金变质剂的组分是否正确，通过金相组织的检测来确认合金变质剂的质量。
(4)把成分均匀的液态的合金变质剂浇注在金属模型中做出合金变质剂棒料。
(5)把合金变质剂棒料在车床上加工成不同质量的变质剂添加环状料。
优选的，步骤(2)的石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为(6.65～6.75)：(0.18～0.32)：(0.35～0.55)：(0.002～0.005)：(0.004～0.45)：(0.03～0.045)：(0.06～0.08)：(0.04～0.06)：(91.0～93.0)。
进一步优选的，步骤(2)的石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为6.70：(0.20～0.30)：(0.40～0.50)：0.002：(0.05～0.40)：(0.03～0.04)：0.07：0.05：91.15。
步骤(2)中各个组分的比例中，起最重要作用的是镁与铝的比例，通过试验验证得出，镁的含量变化对合金变质剂的质量和作用效果非常明显，所以，确保镁的含量是本发明技术方案的重点。
上述的合金变质剂的使用方法是，在金属半固态浆料的制浆过程中，将合金变质剂按照0.5％～3％的质量比添加入半固态浆料内，使半固态浆料内快速形成球状晶并提高固液比。以此提高半固态浆料的压铸加工性能，确保压铸产品最佳的质量。
合金变质剂的加入量按照实际操作中的试验获得，在对不同组分的半固态浆料进行添加时，需预先在0.5％～3％比例范围内进行多次试验，分析半固态浆料的固液比和球状晶的含量，确定最佳的比例。
优选的，合金变质剂按照0.8％～2.2％的质量比添加入半固态浆料内。
优选的，合金变质剂按照1％的质量比添加入半固态浆料内；半固态浆料为铝合金半固态浆料。
本发明的优点和有益效果为：本发明用于制备金属半固态浆料的合金变质剂，该合金变质剂在熔化的半固态浆料内加入后，能够极大的提高半固态浆料的固液比和球状晶的含量，能够提高半固态浆料的制备效率和浆料质量，确保最终压铸产品的质量；具体的有益效果见实施例部分和表1所示。
本发明的合金变质剂，在半固态浆料的制浆过程中提高了半固态浆料的固液比和球化率，使半固态浆料具有极佳的压铸性能，确保压铸产品的极佳质量。
本发明合金变质剂的制备方法，该制备方法简单易于操作，能够在简易设备中大规模制备合金变质剂。并且制备方法的成本和能耗低，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的合金变质剂处理半固态浆料后取样分析得到的放大100倍的金相组织图；
图2为本发明实施例2所得的合金变质剂处理半固态浆料后取样分析得到的放大100倍的金相组织图；
图3为本发明实施例3所得的合金变质剂处理半固态浆料后取样分析得到的放大100倍的金相组织图。
具体实施方式
下列实施例将进一步说明本发明。
实施例1
本发明采用技术方案为一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂及其制备方法，所述制备方法的步骤为：
(1)将5Kg纯度为99.99％的纯铝加入到石模坩埚，将石模坩埚放入电炉中加热升温到750℃，使纯铝熔化；
(2)向石模坩埚内加入金属铜、铝镁合金、钛合金添加剂、金属硅，使石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为6.05：0.15：0.12：0.002：0.5：0.025：0.002：0.002：90.5；
(3)将石模坩埚内的合金熔化后精炼，得到液态的合金变质剂；然后取样光谱分析合金变质剂的化学成分和金相组织；
(4)把成分均匀液态的合金变质剂浇注在金属模型中做出变合金变质剂棒料；
(5)把合金变质剂棒料在车床上加工成不同质量的变质剂添加环状料。
本实施例所制得的合金变质剂的组分含量如步骤(2)中所示组分比例。
将步骤(5)所得的合金变质剂的环状料，按照1％的质量比添加入半固态浆料内，得到变质剂处理的半固态浆料，将该半固态浆料取样分析，得到如图1所示的放大100倍的金相组织图。
所述半固态浆料中各个组分的质量百分比为：硅6.5％，铜0.8％，锌0.9％，镍0.8％，镁0.4％，铁0.5％，其余为铝和不可避免的微量杂质。
实施例2
一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂及其制备方法，所述制备方法的步骤为：
(1)将5Kg纯度为99.99％的纯铝加入到石模坩埚，将石模坩埚放入电炉中加热升温到765℃，使纯铝熔化；
(2)向石模坩埚内加入金属铜、铝镁合金、钛合金添加剂、金属硅，使石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为6.95：0.45：0.65：0.006：0.001：0.05：0.08：0.06：93.2；
(3)将石模坩埚内的合金熔化后精炼，得到液态的合金变质剂；然后取样光谱分析合金变质剂的化学成分和金相组织；
(4)把成分均匀液态的合金变质剂浇注在金属模型中做出变合金变质剂棒料；
(5)把合金变质剂棒料在车床上加工成不同质量的变质剂添加环状料。
本实施例所制得的合金变质剂的组分含量如步骤(2)中所示组分比例。
将步骤(5)所得的合金变质剂的环状料，按照1％的质量比添加入半固态浆料内，得到变质剂处理的半固态浆料，将该半固态浆料取样分析，得到如图2所示的放大100倍的金相组织图。
所述半固态浆料中各个组分的质量百分比为：硅6.5％，铜0.8％，锌0.9％，镍0.8％，镁0.4％，铁0.5％，其余为铝和不可避免的微量杂质。
实施例3
一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂及其制备方法，所述制备方法的步骤为：
(1)将5Kg纯度为99.99％的纯铝加入到石模坩埚，将石模坩埚放入电炉中加热升温到735℃，使纯铝熔化；
(2)向石模坩埚内加入金属铜、铝镁合金、钛合金添加剂、金属硅，使石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为6.70：0.20：0.40：0.005：0.35：0.04：0.07：0.05：91.15；
(3)将石模坩埚内的合金熔化后精炼，得到液态的合金变质剂；然后取样光谱分析合金变质剂的化学成分和金相组织；
(4)把成分均匀液态的合金变质剂浇注在金属模型中做出变合金变质剂棒料；
(5)把合金变质剂棒料在车床上加工成不同质量的变质剂添加环状料。
本实施例所制得的合金变质剂的组分含量如步骤(2)中所示组分比例。
将步骤(5)所得的合金变质剂的环状料，按照3％的质量比添加入半固态浆料内，得到变质剂处理的半固态浆料，将该半固态浆料取样分析，得到如图3所示的放大100倍的金相组织图。
所述半固态浆料中各个组分的质量百分比为：硅6.5％，铜0.8％，锌0.9％，镍0.8％，镁0.4％，铁0.5％，其余为铝和不可避免的微量杂质。
由上述实施例1至实施例3所得的半固态浆料的金相组织图可以看出，加入本发明的合金变质剂处理后，得到的半固态浆料中具有极多的球状晶组织，有效的解决了半固态浆料的晶粒球化较差的问题，使半固态浆料具有极佳的压铸加工性能，提高了半固态浆料的生产效率。
将实施例1、实施例2和实施例3中的合金变质剂处理后的半固态浆料，采用压铸机进行压铸，将半固态浆料倒入1000T的压铸机中压铸，压铸温度为585℃～595℃，压铸速度为4m/s，系统压力为15MPa，增压压力为28MPa；压铸后得到直径为10mm的标准试样进行力学性能测试，测试方法为：采用室温拉伸实验法(GB/T228.1)，设备为拉伸试验机，在室温下对直径为10mm的标准试样进行测试。具体的测试结果见表1。
表1
由表1可知，经过本发明的合金变质剂处理后的半固态浆料，其产品具有极佳的力学性能，能够满足压铸作业的产品质量要求。具有极佳的使用效果，确保产品质量。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂，其特征在于，所述合金变质剂的组分及其质量比为，硅：铁：铜：锰：镁：锌：钛：铅：铝的质量比为(6.05～6.95)：(0.15～0.45)：(0.12～0.65)：(0.002～0.006)：(0.001～0.5)：(0.025～0.05)：(0.002～0.08)：(0.002～0.06)：(90.5～93.2)。
2.如权利要求1所述的合金变质剂，其特征在于，所述合金变质剂为固态的变质剂添加环状料。
3.一种制备如权利要求1所述的合金变质剂的方法，其特征在于，所述制备方法的步骤为：
(1)将纯度为99.99％的纯铝加入到石模坩埚，将石模坩埚放入电炉中加热升温到735～765℃，使纯铝熔化；
(2)向石模坩埚内加入金属铜、铝镁合金、钛合金添加剂、金属硅，使石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为(6.05～6.95)：(0.15～0.45)：(0.12～0.65)：(0.002～0.006)：(0.001～0.5)：(0.025～0.05)：(0.002～0.08)：(0.002～0.06)：(90.5～93.2)；
(3)将石模坩埚内的合金熔化后精炼，得到合金变质剂；然后取样光谱分析合金变质剂的化学成分和金相组织；
(4)把成分均匀的液态的合金变质剂浇注在金属模型中做出合金变质剂棒料；
(5)把合金变质剂棒料在车床上加工成不同质量的变质剂添加环状料。
4.如权利要求3所述的合金变质剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)的石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为(6.65～6.75)：(0.18～0.32)：(0.35～0.55)：(0.002～0.005)：(0.004～0.45)：(0.03～0.045)：(0.06～0.08)：(0.04～0.06)：(91.0～93.0)。
5.如权利要求4所述的合金变质剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)的石模坩埚内的组分硅、铁、铜、锰、镁、锌、钛、铅、铝的质量比为6.70：(0.20～0.30)：(0.40～0.50)：0.002：(0.05～0.40)：(0.03～0.04)：0.07：0.05：91.15。
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