CN104711462A - 原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法 - Google Patents

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李庆林
兰晔峰
丁万武
王平波
申永前
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    • C22C—ALLOYS
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    • C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising

Abstract

原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其步骤为：（1）将含结晶水的硫酸铝铵无机盐装入粘土石墨坩埚中，放置于炉膛温度为200℃~240℃的电阻炉中，待硫酸铝铵完全熔化后搅拌5~30分钟，然后在该温度下保温，使硫酸铝铵完全脱水；（2）将过共晶铝硅合金熔化，并过热到900℃~950℃后将预热的硫酸铝铵用铝箔包裹，采用钟罩压入到合金熔体中，并不断搅拌使其完全反应；（3）对步骤（2）的熔体进行降温，当熔体的温度降到700℃~750℃时，采用CCl6精炼、除气和扒渣后浇注成形。

Description

原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法
技术领域
本发明属于过共晶铝硅合金变质技术领域，涉及一种原位自生过共晶铝硅合金变质剂及制备方法。
背景技术
过共晶铝硅合金由于具有优良的铸造性能、低的密度、低的热膨胀系数、优良的导热性能、高的强度、较好的耐磨和耐腐蚀性能被广泛地应用在航空航天和汽车领域。在汽车领域，过共晶铝硅合金作为传统铸铁的理想替代材料用以制作汽车发动机活塞和缸套等耐磨零部件，不仅可以提高发动机的工作效率，而且可以减轻汽车重量、提高燃油利用率和减少尾气排放。
然而，采用传统铸造的过共晶铝硅合金铸件，其微观组织中的初生硅为粗大不规则的块状、五瓣星状和板片状，共晶硅为粗大的针片状，它们在基体上的分布严重割裂了基体的连续性，并且尖端导致局部的应力集中，明显降低了合金的力学性能和耐磨性能，限制了过共晶铝硅合金的工业化应用。
近期，关于铝硅合金的变质也申请了相关的专利，如一种Al-Si合金用的变质剂及其制备方法（CN103320658A）；一种铝-磷-锶-稀土合金变质剂及其生产工艺（CN102925765A）。采用添加P变质初生硅，Sr变质共晶硅或P和Sr的复合变质剂，无法实现一种变质剂同时变质共晶硅和初生硅，复合变质剂容易产生相互的毒化现象，且会使变质工艺复杂、成本提高。
发明内容
本发明的目的是提供原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法。
本发明是原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，原位自生的微米级Al2O3颗粒变质所涉及的过共晶铝硅合金中硅的质量百分含量为18%~22%，其制备方法的步骤为：
（1）将含结晶水的硫酸铝铵无机盐装入粘土石墨坩埚中，放置于炉膛温度为200℃~240℃的电阻炉中，待硫酸铝铵完全熔化后搅拌5~30分钟，然后在该温度下保温，使硫酸铝铵完全脱水；
（2）将过共晶铝硅合金熔化，并过热到900℃~950℃后将预热的硫酸铝铵用铝箔包裹，采用钟罩压入到合金熔体中，并不断搅拌使其完全反应；
（3）对步骤（2）的熔体进行降温，当熔体的温度降到700℃~750℃时，采用CCl6精炼、除气和扒渣后浇注成形。
本发明原位自生过共晶铝硅合金变质剂及制备方法，采用原位自生微米级Al2O3颗粒变质过共晶铝硅合金，既能变质初生硅使尺寸从未变质前的192微米减小到40微米，也能有效变质共晶硅为细小棒状和粒状。
附图说明
图1为本发明采用过共晶Al-20%Si合金未经Al2O3颗粒变质的初生硅的形貌图；图2为本发明采用过共晶Al-20%Si合金经0.8% Al2O3颗粒变质后的初生硅的形貌图；图3本发明采用过共晶Al-20%Si合金未经Al2O3颗粒变质的共晶硅的形貌图；图4为本发明采用过共晶Al-20%Si合金经0.8% Al2O3颗粒变质后的共晶硅的形貌图。
具体实施方式
本发明的目的是提供原位自生过共晶铝硅合金变质剂及制备方法，所涉及的过共晶铝硅合金中硅的质量百分含量为18%~22%；变质工艺步骤包括：
（1）将硫酸铝氨无机盐置于电阻坩埚炉中，待全部熔化后搅拌5~30分钟，然后保温使硫酸铝铵完全脱水。
（2）将过共晶铝硅合金熔化，并过热到900℃~950℃后将预热的硫酸铝铵用铝箔包裹，采用钟罩压入到合金熔体中，并不断搅拌使其完全反应。
（3）对步骤（2）的熔体进行降温，当熔体的温度降到700℃~750℃时，采用CCl6精炼、除气和扒渣后浇注成形。
本发明的原位自生过共晶铝硅合金变质剂及制备方法，其特征在于硫酸铝铵的脱水温度为200℃~240℃，保温时间是1~3小时。
本发明的原位自生过共晶铝硅合金变质剂及制备方法，其特征在于加入过共晶铝硅合金熔体中硫酸铝铵的预热温度为160℃。
本发明的原位自生过共晶铝硅合金变质剂及制备方法，其特征在于变质剂是原位自生的微米级Al2O3颗粒，生成量为熔体总质量的0.2%~1.0%。
实施例1
（1）采用铝锭和工业结晶硅配制含硅量为20%的过共晶铝硅合金。（2）将含结晶水的硫酸铝铵装入坩埚，并放入炉膛温度为200℃的电阻坩埚炉中，待其熔化后搅拌，搅拌5分钟，然后在炉膛温度为200℃的温度下保温1小时。（3）加热熔化过共晶铝硅合金，并使熔体温度过热到900℃后，用铝箔包裹预热温度为160℃的硫酸铝铵，采用钟罩压入合金熔体中使其完全反应，微米级Al2O3颗粒的生成量为熔体总质量的0.2%。（4）熔体降温到720℃，采用CCl6精炼除气、扒渣后浇注成形。
实施例2
步骤（1）与实施例1相同。步骤（2）中待硫酸铝铵在220℃的温度下完全熔化后搅拌10分钟，然后在炉膛温度为220℃的温度下保温2小时。步骤（3）中合金熔体的温度过热到930℃后，用铝箔包裹硫酸铝铵钟罩压入合金熔体中使其完全反应，微米级Al2O3颗粒的生成量为熔体总质量的0.4%。步骤（4）与实施例1相同。
实施例3
步骤（1）与实施例2相同。步骤（2）中待硫酸铝铵在240℃的温度下完全熔化后搅拌至结晶，然后在炉膛温度240℃的温度下保温3小时。步骤（3）中将合金熔体的温度过热到950℃后，用铝箔包裹硫酸铝铵钟罩压入合金熔体中使其完全反应，微米级Al2O3颗粒的生成量为熔体总质量的0.6%。（4）熔体降温到720℃采用CCl6精炼除气、扒渣后降低熔体温度到720℃浇注成形。
实施例4
步骤（1）和（2）与实施例3相同。步骤（3）中待硫酸铝铵在240℃的温度下完全熔化后搅拌至结晶，然后在炉膛温度240℃的温度下保温3小时。步骤（3）中微米级Al2O3颗粒的生成量为熔体总质量的0.8%。步骤（4）与实施例（3）相同。

Claims (4)

1.原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于原位自生的微米级Al2O3颗粒变质所涉及的过共晶铝硅合金中硅的质量百分含量为18%~22%，其制备方法的步骤为：
（1）将含结晶水的硫酸铝铵无机盐装入粘土石墨坩埚中，放置于炉膛温度为200℃~240℃的电阻炉中，待硫酸铝铵完全熔化后搅拌5~30分钟，然后在该温度下保温，使硫酸铝铵完全脱水；
（2）将过共晶铝硅合金熔化，并过热到900℃~950℃后将预热的硫酸铝铵用铝箔包裹，采用钟罩压入到合金熔体中，并不断搅拌使其完全反应；
（3）对步骤（2）的熔体进行降温，当熔体的温度降到700℃~750℃时，采用CCl6精炼、除气和扒渣后浇注成形。
2.根据权利要求1所述的原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，硫酸铝铵的脱水温度为200℃~240℃，保温时间是1~3小时。
3.根据权利要求1所述的原位自生过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，加入过共晶铝硅合金熔体中的硫酸铝铵的预热温度为160℃。
4.根据权利要求1所述的原位自生的过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于变质剂是原位自生的微米级的Al2O3颗粒，生成量为熔体总质量的0.2%~1.0%。
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