CN105087990A - 一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，包括以下步骤：(1)制备Mg2Si/富Fe铝基复合材料的熔体，在700～750℃保温；(2)将细化变质剂投入熔体中，在温度700～750℃继续保温10～20min，并搅拌；所述细化变质剂包含Cr和B，其中Cr的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.8％～1.5％；B的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.2％～0.4％；(3)对步骤(2)得到的熔体进行除气除杂精炼成型。本发明实现了Mg2Si/富Fe铝基复合材料中Fe相和Mg2Si相的同步细化变质，工艺简单，易操作，变质效果明显且无污染。
Description
技术领域
本发明涉及Mg2Si/富Fe铝基复合材料的处理方法，特别涉及一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法。
背景技术
铝及其合金质量轻、强度高、耐腐蚀性能优异、导电性能和成型性能好，成为广泛应用的金属材料之一，是仅次于钢铁材料的第二大金属结构材料。随着铝使用量的大幅增长，废旧铝合金的回收与再利用是社会可持续发展的必然要求。但在废旧铝资源的回收与再利用中，因反复熔炼或者废旧期间中接触Fe部件等原因导致废旧铝熔化后往往存在高的Fe含量。高Fe含量的铝合金中主要存在三元相α-Fe和β-Fe相，其中α-Fe相呈汉字状，具有复杂旋绕的枝晶，对铝合金性能的危害较小。而β-Fe相在铝合金中呈粗大的针片状，对基体有严重的割裂作用，从而显著降低废旧铝的品质。目前，尚无特别有效的工艺技术去除或大幅降低铝中Fe含量。
为进一步改善铝合金性能，通过外加或者内生反应法在铝合金基体获得高硬颗粒，即铝基复合材料，是提高铝合金耐磨性和高温力学性能的有效手段。该类型材料往往具有比强度、比刚度高、热膨胀系数小、高温性能好、抗疲劳性能好等优点，近年来已在航空、航天、汽车工业、先进武器制造等领域受到广泛应用。决定铝基复合材料制备和性能的关键在于增强体的选择及其复合途径，其中利用Mg和Si在熔体中原位生成Mg2Si相增强铝合金是一种有效的强化手段，其显著特点在于制备工艺简单，通过简单的熔融铸造法即可实现。
值得注意的是，铝中Fe相往往是硬脆相，具有很高的硬度和耐热性，应是理想的复合材料增强相。本专利拟以富Fe的铝合金作为基体材料，通过熔融铸造法原位生成Mg2Si增强铝基复合材料。在富Fe的铝基复合材料材料中，实际上存在两种典型的强化相：Fe相和Mg2Si。对于Fe相，往往是粗大针状，而Mg2Si往往呈粗大树枝晶或者汉字状结构。只有通过适当的变质处理工艺控制和改善其形态，才能有效发挥其强化效果。变质处理可以通过提高晶体的形核率或改变晶体的生长形式，达到有效细化组织和控制合金相形貌的目的，从而显著改善材料的力学性能和加工性能。常用的变质方法主要有：添加中和变质剂、微量合金化元素化、熔体过热处理、快速冷却处理等。其中前两种属于合金元素添加法，而后两种属于工艺操作范畴。
Mn是变质Al合金中Fe相最常见且最有效的变质元素。公开号为CN103820638A的专利公开了一种高Fe铝硅合金中Fe相的多元复合细化变质处理方法。该发明采用Al-Ti-C、Mn、RE对高Fe铝硅合金中的Fe相进行细化变质，可有效地将针状有害的β-Fe相转变汉字或者颗粒状α-Fe相。吴亮等【吴亮，Mn、Sr对铝硅合金中铁相的影响，铸造，2011年12期(60)，1185-1189】证实Mn和Sr复合可将Fe相由针状的转变成细小的鱼骨状，并均匀分布于α-A1枝晶中。而对于Mg2Si相的形态控制，稀土、Sr和P等都较为有效的变质元素。如公开号为CN101871067A的专利公开了一种Sr变质含硅高强镁合金中的共晶Mg2Si强化相的处理技术，Sr能够有效细化共晶Mg2Si相，提高材料的抗拉强度和延伸率。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，实现Mg2Si/富Fe铝基复合材料中的Mg2Si相和Fe相同步变质及细化，从而改善材料的微观组织结构并提高其性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，包括以下步骤：
(1)制备Mg2Si/富Fe铝基复合材料的熔体，在700～750℃保温；
(2)将细化变质剂投入步骤(1)制备的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的熔体中，在温度700～750℃继续保温10～20min，并搅拌；
所述细化变质剂包含Cr元素和B元素，其中Cr元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.8％～1.5％；B元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.2％～0.4％；
所述细化变质剂采用中间合金的方式加入熔体，细化变质剂在加入前在150～200℃下预热8～10min；
(3)对步骤(2)得到的熔体进行除气除杂精炼，精炼后静置2～5min出炉，扒渣浇注成型。
步骤(2)所述细化变质剂还包含Sr元素，Sr元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.08～0.15％。
步骤(2)所述细化变质剂还包含La元素，La元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.2～0.4％。
所述细化变质剂采用中间合金方式加入熔体，具体为：
所述B元素采用加入Al-3B中间合金的方式加入；所述Cr元素采用加入Al-10Cr中间合金的方式加入。
所述Sr元素采用加入Al-10Sr中间合金的方式加入。
所述La元素采用加入Al-10La中间合金的方式加入。
步骤(1)所述制备Mg2Si/富Fe铝基复合材料的熔体，在700～750℃保温，具体为：
将富Fe铝合金、纯Mg和Al-20Si中间合金一同在700～750℃熔化保温10～20min，并搅拌；
所述Mg2Si/富Fe铝基复合材料的组成为：
Fe1％～2％；
Mg2Si20％～25％；
Al余量。
步骤(3)所述精炼，具体为：
加入2#精炼剂进行精炼除气，2#精炼剂的化学成分包含Na2SiF6、KCl、Na3AlF6和C2Cl6。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明能同步实现针状β-Fe相和初生Mg2Si相形态控制；变质后初生Mg2Si相从粗大的树枝晶状转变为颗粒状，而β-Fe相从长针状变成细小的汉字状或者骨骼状。
(2)本发明工艺简单，不需要复杂的熔炼技术，操作简便，易于实现工业化批量生产。
(3)本发明所采用的变质元素较为常见，成本低廉，变质效果明显且无污染。
附图说明
图1为对比例1中未经细化变质的20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料的XRD图谱；
图2为对比例1中未经细化变质的20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图3为经对比例2中单一元素Ce变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图4为经对比例3中单一元素B变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图5为经对比例4中单一元素Mn变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图6为经对比例5中单一元素Cr变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图7为经对比例6中单一元素Sr变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图8为经对比例7中单一元素P变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图9为经对比例8中B-Mn复合细化变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图10为经实施例1中B-Cr复合细化变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的XRD图谱；
图11为经实施例1中B-Cr复合细化变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图12为经实施例2中B-Cr复合细化变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图13为经实施例3中B-Cr复合细化变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图14为经实施例4中B-Cr复合细化变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图15为经实施例5的B-Cr-Sr多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图16为经实施例6的B-Cr-La多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片；
图17为经实施例7的B-Cr-Sr-La多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
首先给出普通铸造法制备Mg2Si/富Fe再生铝合金的制备，以及传统方法对该复合材料进行变质处理的对比例，并观察组织，分析变质效果。需要说明的是，对比例的目的仅仅在于更好地理解本发明的技术特点和有益效果。
对比例120％Mg2Si/富Fe铝基复合材料的制备
首先通过ICP直读光谱确定富Fe铝合金的具体成分，其中Si的质量百分比为7％，Fe的质量百分比为1.3％，其余主要为Al。本对比例中Mg2Si增强颗粒是通过将纯镁和Al-20Si中间合金与原材料一同熔融在铝合金内部原位生成的。
本对比例中20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料的制备技术具体操作方法如下：
(1)首先将一定量的富Fe铝合金和纯镁、Al-20Si中间合金在300℃下预热5min，采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料。
(2)然后将温度升高至720℃保温20min，待原材料熔化，进行搅拌，加入2#精炼剂精炼除气。
(3)保温10min后再次搅拌，加入2#精炼剂(化学成分为Na2SiF6、KCl、Na3AlF6和C2Cl6等)，静置2min后出炉，扒渣浇注成型。空冷后切割取样，磨样观察显微组织。
图1为经本对比例所制备的20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料的XRD图谱，从图谱中看以看出，复合材料中主要有α-Al、Si、Mg2Si、β-Fe(Al5FeSi)等物质存在。图2为20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，其中白色相为Fe相，灰色块状为初生Mg2Si相。可以明显看出，Fe相几乎全部以针状β-Fe相形式存在，尺寸约为51.8μm；初生Mg2Si相均匀覆盖在材料表面，尺寸较大，平均尺寸约为70.2μm，部分初生Mg2Si相发生聚集呈树枝状。
对比例2单一元素Ce对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行变质
本对比例采用单独添加Al-10Ce中间合金变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料。本对比例所采用的熔融工艺与对比例1大致相同。本对比例所添加的细化变质剂Ce含量的质量百分比为：0.2％。
本对比例变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理技术具体操作方法如下：
(1)首先将一定量的富Fe铝合金和纯镁、Al-20Si中间合金在300℃下预热5min，然后将温度升高至720℃保温20min，待原材料熔化，进行搅拌。采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料。
(2)然后将一定量的Al-10Ce中间合金压入上述熔液中，加入2#精炼剂精炼除气，其中变质剂Ce的质量分数为0.2％。
(3)保温10min后进行搅拌，加入2#精炼剂，静置2min后出炉，扒渣浇注成型。空冷后切割取样，磨样观察显微组织。
图3为经本对比例采用的细化变质剂Al-10Ce中间合金变质后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，可以明显看出，长针状的β-Fe相依然存在，且尺寸较大，约为54μm；初生Mg2Si相部分发生聚集生长，尺寸较大。因此，Ce作为一种常用的有效变质剂，对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料并无有效变质效果，甚至起到负面作用。
对比例3单一元素B对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行变质
本对比例采用单独添加Al-3B中间合金变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料。本对比例所采用的变质操作工艺与对比例2基本相同，不同之处在于添加的变质剂种类和含量。本对比例所添加的细化变质剂B的质量百分比为：0.2％。
图4为经本对比例采用的细化变质剂Al-3B中间合金处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以明显看出，初生Mg2Si相发生明显细化，尺寸由未变质前的70μm下降到30μm左右，减小了60％。然而B对Fe相并无变质效果，长针状的β-Fe相依然存在，而且长度增大近一倍。B对初生Mg2Si相有良好的变质效果，但会导致Fe相增大，对Fe相起到负面作用。
对比例4单一元素Mn对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行变质
本对比例采用单独添加75％Mn剂变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料。本对比例所采用的变质操作工艺与对比例2大致相同，不同之处在于添加的变质剂含量及熔融温度。本对比例所添加的细化变质剂Mn的质量百分比为：1.0％。熔融温度设定为750℃，加入变质剂Mn后保温15min。
图5为经本对比例采用的细化变质剂75％Mn剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以明显看出，针状的β-Fe相完全消失，转变成汉子状的α-Fe相。因Fe相形貌发生改变，这里采用长径比，即两个相垂直方向尺寸的最大值相除，来衡量Fe相的变质效果。经测量得出，复合材料经Mn变质后大大缩短了Fe相的长径比。初生Mg2Si相形态并无改变，仍呈连续的树枝状分布，且有进一步增大的趋势。Mn对Fe相有明显的变质效果，但会导致初生Mg2Si相的聚集增大。
对比例5单一元素Cr对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行变质
本对比例采用单独添加Al-10Cr中间合金变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料。本对比例所采用的变质操作工艺与对比例4大致相同，不同之处在于添加的变质剂种类和含量。本对比例所添加的细化变质剂Cr的质量百分比为：0.8％。
图6为经本对比例采用的细化变质剂Al-10Cr中间合金处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以明显看出，针状的β-Fe相几乎完全消失，转变成汉子状和骨骼状的α-Fe相，大大缩短了Fe相的长径比。初生Mg2Si相由未变质前连续聚集的树枝状转变成形状规则的多边形，尺寸分布均匀，由未变质前的70μm下降到50μm左右，细化不明显。Cr主要对Fe相有明显的变质效果，对初生Mg2Si相变质效果一般。
对比例6单一元素Sr对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行变质
本对比例采用单独添加Al-10Sr中间合金变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料。本对比例所采用的变质操作工艺与对比例2基本相同，不同之处在于添加的变质剂种类和含量。本对比例所添加的细化变质剂Sr的质量百分比为：0.1％。
图7为经本对比例采用的细化变质剂Al-10Sr中间合金处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以看出，初生Mg2Si相发生一定细化，尺寸由未变质前的70μm下降到52μm左右。同时Sr不能够改变长针状的β-Fe相的形貌，但能使针状Fe相断裂，长度有所减小。Sr对初生Mg2Si相和Fe相均具有一定变质效果，但不明显。
对比例7单一元素P对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行变质
本对比例采用单独添加Cu-13P中间合金变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料。本对比例所采用的变质操作工艺与对比例2大致相同，不同之处在于添加的变质剂含量及熔融温度。本对比例所添加的细化变质剂P的质量百分比为：1.0％。熔融温度设定为800℃，加入变质剂P后保温15min。
图8为经本对比例采用的细化变质剂Cu-13P中间合金处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以看出，初生Mg2Si相发生一定细化，尺寸由未变质前的70μm下降到42μm左右。Fe相仍然以针状形貌存在，尺寸改变不大。因此可得出结论，P对初生Mg2Si相具有一定细化作用，对Fe相影响不大。
对比例8B-Mn对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
本对比例采用添加Al-3B中间合金、75％Mn剂变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料。本对比例所采用的变质操作工艺与对比例4大致相同，不同之处在于添加的变质剂种类和含量。本对比例所添加的细化变质剂的质量百分比分别为：B：0.2％，Mn：1.0％。
图9为经本对比例采用的复合细化变质剂75％Mn剂和Al-3B中间合金处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，从图中可以看出，Fe相仍全部以针状形貌存在，且尺寸有所增大。初生Mg2Si相仍以连续的树枝状存在，且有部分发生聚集长大。本对比例采用对Mg2Si相和β-Fe相变质效果最好的B和Mn复合变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料，但两者复合后完全无变质效果，甚至恶化原材料组织。
实施例1B-Cr对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
首先通过ICP直读光谱确定富Fe铝合金的具体成分，其中Si的质量百分比为7％，Fe的质量百分比为1.3％，其余主要为Al。本实施例中Mg2Si增强颗粒是通过将纯镁和Al-20Si中间合金与原材料一同熔融在铝合金内部原位生成的。本实施例所添加的细化变质剂成分及质量百分比分别为：B：0.2％，Cr：0.8％。
本实施例变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理技术具体操作方法如下：
(1)首先将一定量的富Fe铝合金和纯镁、Al-20Si中间合金在300℃下预热5min，然后将温度升高至720℃保温20min，待原材料熔化，进行搅拌。采用井式电阻炉、石墨坩埚熔炼上述材料。
(2)将温度升高到750℃，将一定量的Al-3B中间合金和Al-10Cr中间合金压入上述熔液中，加入2#精炼剂精炼除气。其中变质剂B的质量百分比为0.2％，Cr的质量百分比为0.8％.
(3)保温15min后进行搅拌，加入2#精炼剂，将温度降低到700℃，静置2min后出炉，扒渣浇注成型。空冷后切割取样，磨样观察显微组织。
图10为经本实施例采用的多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的XRD图谱。从图谱中可以看出，经变质后的复合材料主要包括Al、Si、Mg2Si、α-Fe(Al8Fe2Si)、Al5Cr等物质，未检测到β-Fe相。图11为经B-Cr变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，可以明显看出，长针状的β-Fe相几乎完全消失，取而代之的是汉子状和骨骼状的α-Fe相，且尺寸明显减小，长径比由未变质前的20.4减小到2.4。未经变质处理的原材料中初生Mg2Si相尺寸较大，形貌不规则，且部分发生聚集，尺寸分布10μm～150μm不等，平均尺寸为70μm，变质处理后Mg2Si相呈规则多边形，分布均匀，平均尺寸约为38μm，下降了约46％。
通常认为B元素变质Mg2Si相的机制为吸附毒化。当Al-3B中间合金加入该熔体中时发生反应，在随后的凝固过程中，B元素富集于初生Mg2Si相的周围，毒化Mg2Si相的生长台阶，或者进入Mg2Si晶体中，造成晶格畸变，改变其表面能，抑制其择优取向生长，从而有效地改变Mg2Si晶体的生长环境和形态。Cr在β-Fe(Al5FeSi)中的固溶度远远大于在铝中的固溶度，所以共晶反应发生前Cr主要固溶于β-Fe(Al5FeSi)相中，并抑制其生长，同时Cr原子向β-Fe(Al5FeSi)相内部扩散，进一步阻碍了铁原子的扩散，减缓β-Fe相的生长，使得Fe相不易沿单一方向生长，而倾向于横向生长成为鱼骨状。
实施例2B-Cr对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
本实施例所采用的变质操作工艺与实施例1基本相同，不同的是添加的变质剂的含量。本实施例所添加的细化变质剂成分及质量百分比分别为：B：0.2％，Cr：1.0％。
图12为经本实施例采用的多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以看出，长针状的β-Fe相全部转变成骨骼状的α-Fe相，Fe长度几乎未改变，但宽度增加近10倍，长径比由20.4减小到3.3。变质处理后的初生Mg2Si相呈规则多边形，分布均匀，平均尺寸约为36μm，下降了约50％。
实施例3B-Cr对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
本实施例所采用的变质操作工艺与实施例1基本相同，不同的是添加的变质剂的含量。本实施例所添加的细化变质剂成分及质量百分比分别为：B：0.1％，Cr：0.8％。
图13为经本实施例采用的多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以看出，长针状的β-Fe相全部转变成细小的汉子状和骨骼状的α-Fe相，尺寸有所减小，长径比减小到2.3。变质处理后的初生Mg2Si相呈规则多边形，分布均匀，平均尺寸约为45μm，下降了约36％。
实施例4B-Cr对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
本实施例所采用的变质操作工艺与实施例1基本相同，不同的是添加的变质剂的含量。本实施例所添加的细化变质剂成分及质量百分比分别为：B：0.1％，Cr：1.0％。
图14为经本实施例采用的多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以看出，长针状的β-Fe相全部转变成骨骼状的α-Fe相，Fe相长度和宽度均增加，长径比减小到4.3。变质处理后的初生Mg2Si相呈规则多边形，分布均匀，平均尺寸约为54μm。
实施例5B-Cr-Sr对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
本实施例所采用的变质操作工艺与实施例1基本相同，不同的是添加的变质剂的含量。本实施例所添加的细化变质剂成分及质量百分比分别为：B：0.2％，Cr：0.8％，Sr：0.1％。
图15为经本实施例采用的多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，可以看出，经B-Cr-Sr复合变质后的复合材料与经B-Cr变质后的复合材料中Fe相和Mg2Si相形貌尺寸变化不大，长针状的β-Fe相几乎全部转变成汉子状和骨骼状的α-Fe相，且尺寸明显减小，长径比由未变质前的20.4减小到2.6，初生Mg2Si相呈规则多边形，分布均匀，平均尺寸约为40μm。Sr是工业上常用的一种变质共晶Si相的元素，Sr的加入对Fe相和Mg2Si相变质效果影响不大。
实施例6B-Cr-La对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
本实施例所采用的变质操作工艺与实施例1基本相同，不同的是添加的变质剂的含量。本实施例所添加的细化变质剂成分及质量百分比分别为：B：0.1％，Cr：1.0％，La：0.2％。
图16为经本实施例采用的多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以看出，长针状的β-Fe相全部转变成骨骼状的α-Fe相，Fe相长度和宽度均增加，长径比减小到3.7。变质处理后的初生Mg2Si相呈规则多边形，分布均匀，平均尺寸约为39μm。La的加入对初生Mg2Si相变质效果几乎无影响。
实施例7B-Cr-Sr-La对20％Mg2Si/富Fe铝基复合材料进行复合变质
本实施例所采用的变质操作工艺与实施例1基本相同，不同的是添加的变质剂的含量。本实施例所添加的细化变质剂成分及质量百分比分别为：B：0.2％，Cr：0.8％，Sr：0.08％，La：0.2％。
图17为经本实施例采用的多元复合细化变质剂处理后的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的SEM照片，对比图2未经变质处理的Mg2Si/富Fe铝基复合材料，可以看出，长针状的β-Fe相全部转变成骨骼状的α-Fe相，Fe相长度变化不大，宽度有所增加，长径比减小到2.8。同时添加B、Cr、Sr和La变质后，初生Mg2Si相尺寸相对于添加B-Cr-Sr和B-Cr-La反而增大，平均尺寸达到55μm。
表1各对比例及实施例变质后的原材料的Fe相Mg2Si相尺寸
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备Mg2Si/富Fe铝基复合材料的熔体，在700～750℃保温；
(2)将细化变质剂投入步骤(1)制备的Mg2Si/富Fe铝基复合材料的熔体中，在温度700～750℃继续保温10～20min，并搅拌；
所述细化变质剂包含Cr元素和B元素，其中Cr元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.8％～1.5％；B元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.2％～0.4％；
所述细化变质剂采用中间合金的方式加入熔体，细化变质剂在加入前在150～200℃下预热8～10min；
(3)对步骤(2)得到的熔体进行除气除杂精炼，精炼后静置2～5min出炉，扒渣浇注成型。
2.根据权利要求1所述的变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，其特征在于，步骤(2)所述细化变质剂还包含Sr元素，Sr元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.08～0.15％。
3.根据权利要求1或2所述的变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，其特征在于，步骤(2)所述细化变质剂还包含La元素，La元素的加入量为Mg2Si/富Fe铝基复合材料质量的0.2～0.4％。
4.根据权利要求1所述的变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，其特征在于，所述细化变质剂采用中间合金方式加入熔体，具体为：
所述B元素采用加入Al-3B中间合金的方式加入；所述Cr元素采用加入Al-10Cr中间合金的方式加入。
5.根据权利要求2所述的变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，所述Sr元素采用加入Al-10Sr中间合金的方式加入。
6.根据权利要求3所述的变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，其特征在于，所述La元素采用加入Al-10La中间合金的方式加入。
7.根据权利要求1所述的变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，其特征在于，步骤(1)所述制备Mg2Si/富Fe铝基复合材料的熔体，在700～750℃保温，具体为：
将富Fe铝合金、纯Mg和Al-20Si中间合金一同在700～750℃熔化保温10～20min，并搅拌；
所述Mg2Si/富Fe铝基复合材料的组成为：
Fe1％～2％；
Mg2Si20％～25％；
Al余量。
8.根据权利要求1所述的变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法，其特征在于，步骤(3)所述精炼，具体为：
加入2#精炼剂进行精炼除气，2#精炼剂的化学成分包含Na2SiF6、KCl、Na3AlF6和C2Cl6。
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