CN106834768A - 一种铝‑硅‑铌中间合金及其制备方法 - Google Patents

一种铝‑硅‑铌中间合金及其制备方法 Download PDF

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孙清洲
王志刚
徐勇
李彦
石磊
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Abstract

本发明属金属材料领域，涉及一种铝‑硅‑铌中间合金及其制备方法。本发明铝‑硅‑铌中间合金，包含铝、硅、铌三种主要元素，各组分的质量百分比分别是：铝60.00%‑95.00%，硅1.00%‑30.00%，铌0.50%‑10.00%。铝‑硅‑铌合金的制备方法是：首先将纯铝置于电阻炉中熔化并升温至800‑1200℃，在熔化后的铝熔体中依次加入一定质量的金属铌或铝‑铌中间合金、工业纯硅，充分搅拌并置于电阻炉中保温，保温达到一定时间后浇注成锭或制成线材。该中间合金的制备工艺简单，成本低，适宜工业化生产；所制备的铝‑硅‑铌合金中间合金对过共晶铝硅合金中硅相有孕育变质作用。

Description

一种铝-硅-铌中间合金及其制备方法
技术领域
本发明属金属材料领域，特别涉及一种铝-硅-铌中间合金及其制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化的不断发展和国家节能减排战略的逐渐实施，以铝及其合金为代表的轻质合金的应用日益广泛，尤其是过共晶铝硅合金的组织和性能要求的提高也越来越迫切。要提高过共晶铝硅合金性能，需要对铝合金熔体进行细化变质处理，对硅相适当的变质处理可以改善铝合金的组织并极大提高其力学性能。目前，在国内外工业生产中主要是通过添加变质剂的方法进行硅相的变质处理，目前应用广泛的是Sr变质，即Sr 变质通常以Al-10Sr 中间合金的形式加入，其熔化范围在 654-770℃之间，易于被铝液吸收，回收率可达 70%-80%，加入量容易控制，该中间合金加入到铝熔体中可以使共晶硅由片状转化为纤维状，变质孕育期为30-40min，变质有效期长达5-7h，可反复重熔；同时Sr变质过程中不产生有害气体，不腐蚀设备。但用Sr作变质剂时铝合金熔体不宜采用氯气或氯盐进行精炼处理，Sr容易烧损，降低Sr的变质效果，最好采用通氩气、氮气或真空除气的方法精炼。Sr变质合金熔体吸气倾向增加，显著提高铸件的针孔度，降低合金的密度，气孔和氧化夹杂等缺陷严重，经过熔体处理后仍有Al2SrO3夹杂，变质效果降低。另外，Sr的价格相对较高，变质效果对铸件冷却速度也很敏感。所以这也就限制了该中间合金的应用领域。为此，经过大量的实验，发明了一种新型的中间合金，作为过共晶铝硅合金组织硅相变质孕育使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效孕育变质过共晶铝硅合金中硅相形态的铝-硅-铌中间合金，同时提供一种工艺简单、成本低、适合工业生产的制备工艺及方法。
本发明是通过以下方式实现的：
一种铝-硅-铌中间合金，包含铝、硅、铌三种主要元素，各组分的质量百分比分别是：铝60.00%-95.00%，硅1.00%-30.00%，铌0.50%-10.00%；铝锭纯度≥99.9%，该中间合金中弥散分布着微米级的NbSi2粒子，且数量多，铌元素可以是以铝-铌中间合金或纯金属铌加入。
上述铝-硅-铌中间合金的制备方法，其特征包含以下步骤：
铝-硅-铌中间合金的制备方法是：首先将纯铝置于电阻炉中熔化并升温至800-1200℃，在熔化的铝熔体中依次加入一定质量的金属铌或铝-铌中间合金、高纯硅，然后用石墨棒充分搅拌后置于电阻炉中保温，每隔10min-15min用石墨棒搅拌一次；待混合熔体保温达到预定时间，将混合熔体静置5min，压入六氯乙烷精炼并扒渣，最后将混合熔体浇注成锭或连铸制成线材。
上述所述的六氯乙烷在烘干箱中将水分烘干；将使用的模具和扒渣所用工具涂刷一层涂料，防止杂质元素Fe的污染。在整个制备过程中选用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒搅拌，目的是防止其他杂质元素的污染。
具体实施方式
下面给出本发明的两个最佳实施例。
实施例1
按照如上所述的制备工艺和方法制备Al-5Si-Nb中间合金的过程如下：
（1）原料准备：铝锭、高纯硅、金属铌、六氯乙烷等，其中铝锭纯度≥99.9%。
（2）制备1kg的中间合金，按照质量分数比Si/Nb=5/1称量所需的原料，铝的烧损率为2-3%。
（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加热1h，以除去水分。
（4）将所需的模具、扒渣工具涂刷一层涂料，防止Fe等杂质元素的污染，在制备过程中使用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒进行搅拌，防止其他杂质元素的污染。
（5）利用井式电阻炉将铝锭熔化并加热至850 ℃，待铝锭完全熔化后，先将已称量的金属铌用铝箔纸包好，并放入于铝熔体中不断用石墨棒搅拌后静置5min；然后加入已称量的高纯硅，用石墨棒搅拌后置于电阻炉中保温，温度设定为800℃，每隔15min搅拌一次，以保证反应完全进行；混合熔体在电阻炉中保温1h，加入占总质量2-3%wt的六氯乙烷进行精炼除气处理，静置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后将熔体浇注成锭。
实施例2
按照如上所述的制备工艺和方法制备Al-10Si-2Nb中间合金的过程如下：
（1）原料准备：铝锭、高纯硅、金属铌、六氯乙烷等，其中铝锭纯度≥99.9%。
（2）制备1kg的中间合金，按照质量分数比Si/Nb=10/2称量所需的原料，铝的烧损率为2-3%。
（3）六氯乙烷置于烘干箱中，在100℃加热1h，以除去水分。
（4）将所需的模具、扒渣工具涂刷一层涂料，防止Fe等杂质元素的污染，在制备过程中使用石墨坩埚进行熔炼，选用石墨棒进行搅拌，防止其他杂质元素的污染。
（5）利用井式电阻炉将铝锭熔化，待铝锭完全熔化后并加升温至950 ℃，先将已称重的金属铌用铝箔纸包好，并放入于铝熔体中不断用石墨棒搅拌后静置5min；然后加入已称重的高纯硅，用石墨棒搅拌后置于电阻炉中保温，温度设定为850℃，每隔15min搅拌一次，以保证反应完全进行；混合熔体在电阻炉中保温30min，加入占总质量2-3%wt的六氯乙烷进行精炼除气处理，静置5min后用扒渣工具拔除熔渣，最后将熔体浇注成锭。

Claims (2)

1.一种铝-硅-铌合金的制备方法，铝-硅-铌合金包含铝、硅、铌三种主要元素，各组分的质量百分比分别是：铝60.00%-95.00%，硅1.00%-30.00%，铌0.50%-10.00%；其特征是制备方法，包括以下步骤：
按照以下质量百分比准备好所需原料：硅1.00%-30.00%，铌0.50%-10.00%，余量为纯铝；铌元素可以是以铝-铌中间合金形式加入也可以是纯金属铌加入。
2.将纯铝置于电阻炉中熔化并升温至800-1200℃，分别加入金属硅、金属铌或铝-铌中间合金，每隔一定时间搅拌一次，并置于电阻炉中在800-900℃保温，保温达到一定时间后浇注成锭或制成线材。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6283445A (ja) * 1985-10-07 1987-04-16 Kobe Steel Ltd 鋳造用高力アルミニウム合金
CN103469022A (zh) * 2013-08-16 2013-12-25 南昌大学 一种铝-硅-钐铸造铝合金及制备方法

Patent Citations (2)

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