CN107964614B

CN107964614B - 铝硅合金变质剂及其制备和使用方法

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Publication number: CN107964614B
Application number: CN201711138978.4A
Authority: CN
Inventors: 邢书明; 张佳虹
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: CN107964614A

Abstract

本发明提供了一种铝硅合金变质剂及其制备和使用方法。铝硅合金变质剂由如下重量百分比的各组分制成：Al‑Sr中间合金60‑90％，Al‑Ca中间合金10‑40％，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr3‑18％，Ca0.1‑4.0％，余量为铝。所述Al‑Sr中间合金为工业Al‑Sr中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr的重量百分比为5‑20％，余量为铝。所述Al‑Ca中间合金为工业Al‑Ca中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Ca的重量百分比为1‑10％，余量为铝。本发明制作的铝硅合金变质剂不含P，杜绝了P污染；且采用Al‑Sr中间合金、Al‑Ca中间合金的形式配制，不会引入新的杂质；还具有Sr的烧损率降低、变质效果优异和多重变质的优点。

Description

铝硅合金变质剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及铝硅合金技术领域，尤其涉及一种铝硅合金变质剂及其制备和使用方法。

背景技术

铝硅合金作为一种重要的铸造铝合金，在常规重力铸造条件下，组织中存在粗大片状共晶硅和粗大的α-Al树枝晶，过共晶铝硅合金中还存在形状复杂的初生硅，这些粗大相的存在严重恶化了铝硅合金的各项性能。

为了改善铝硅合金中粗大相的形貌，提高性能，通常需要在铝硅合金中加入变质剂进行变质处理。在现行铝硅合金变质技术中，主要靠Sr、P等元素进行变质。Sr主要以Sr盐、Al-Sr中间合金的形式加入，Sr可以变质共晶硅，使其形貌由粗大针片状转变为细小纤维状；P主要以Cu-P中间合金形式加入，可以变质初生硅，使硅相以较好的形貌、较小的尺寸均匀分布在Al基体中。但Sr化学性质活泼，易氧化烧损，收得率较低，且容易吸气，导致铝硅合金组织疏松，气密性下降；P燃点低、烧损率高、熔炼过程中会产生P₂O₅有毒气体，污染环境，应用受到限制。

发明内容

本发明的实施例提供了一种铝硅合金变质剂及其制备和使用方法，以实现制作杜绝P污染的铝硅合金变质剂。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种铝硅合金变质剂，由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金60-90％，Al-Ca中间合金10-40％，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr3-18％，Ca0.1-4.0％，余量为铝。

进一步地，由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金89％，Al-Ca中间合金11％。

进一步地，所述Al-Sr中间合金为工业Al-Sr中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr的重量百分比为5-20％，余量为铝。

进一步地，所述Al-Ca中间合金为工业Al-Ca中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Ca的重量百分比为1-10％，余量为铝。

一种所述的铝硅合金变质剂的制备方法，包括：

S1：将指定重量的Al-Ca中间合金加热至第一设定温度，使Al-Ca中间合金熔化，得到熔融态的Al-Ca中间合金；

S2：将指定重量的Al-Sr中间合金加入熔融态的Al-Ca中间合金中，边添加边搅拌边加热，加入全部的Al-Sr中间合金，并熔化呈液态，得到熔融态的铝硅合金变质剂；

S3：对所述熔融态的铝硅合金变质剂在第二设定温度保温，并搅拌设定时间；

S4：将均匀化处理后的熔融态的铝硅合金变质剂冷却凝固制成块状、丝状或颗粒状的铝硅合金变质剂。

进一步地，所述第一设定温度为600-700℃。

进一步地，所述第二设定温度为700-750℃，所述设定时间为5-10min。

一种所述的铝硅合金变质剂的使用方法，包括：

将固态的铝硅合金变质剂预热至110-200℃，称取设定量的加热后的铝硅合金变质剂加入到铝合金熔炼炉，搅拌均匀，在720-760℃保温10-15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝硅合金中Sr的重量百分比为0.02％-0.20％，Ca的重量百分比为0.01％-0.20％。

一种所述的铝硅合金变质剂的使用方法，包括：

称取设定量的Al-Sr中间合金和Al-Ca中间合金，预热至110-200℃，加入铝合金熔炼炉，搅拌均匀，在720-760℃保温10-15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝硅合金中Sr的重量百分比为0.02％-0.20％，Ca的重量百分比为0.005％-0.10％。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明制作的铝硅合金变质剂不含P，杜绝了P污染；且采用Al-Sr中间合金、Al-Ca中间合金的形式配制，不会引入新的杂质；还具有Sr的烧损率降低、变质效果优异和多重变质的优点。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种铝硅合金变质剂的制备方法的处理流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明实施例所述的铝硅合金变质剂，由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金60-90％，Al-Ca中间合金10-40％；

进一步地，所述的铝硅合金变质剂，优选由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金80-90％，Al-Ca中间合金10-20％；

进一步地，所述的铝硅合金变质剂，优选由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金89％，Al-Ca中间合金11％；

进一步地，所述的Al-Sr中间合金为工业Al-Sr中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr的重量百分比为5-20％，余量为铝；

进一步地，所述的Al-Ca中间合金为工业Al-Ca中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Ca的重量百分比为1-10％，余量为铝；

本发明实施例的铝硅合金变质剂的制备方法的处理流程如图1所示，包括如下处理步骤：

S1：熔化Al-Ca中间合金：将指定重量的Al-Ca中间合金加热至第一设定温度，比如600-700℃，使其熔化，得到熔融态的Al-Ca中间合金；

S2：加入Al-Sr中间合金：将指定重量的Al-Sr中间合金加入熔融态的Al-Ca中间合金中，边添加边搅拌边加热，加入全部的Al-Sr中间合金，并熔化呈液态，得到熔融态的铝硅合金变质剂；

S3：均匀化处理：对上述熔融态的铝硅合金变质剂在第二设定温度，比如700-750℃保温，并搅拌设定时间，比如5-10min；

S4：将均匀化处理后的熔融态的铝硅合金变质剂，冷却凝固制成块状、丝状或颗粒状的铝硅合金变质剂；

本发明实施例的铝硅合金变质剂的使用方法有如下两种供选择：

第一种，将固态的铝硅合金变质剂预热至110-200℃，称取设定量的加热后的铝硅合金变质剂加入到铝合金熔炼炉，搅拌均匀，在720-760℃保温10-15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝硅合金中的Sr的重量百分比为0.02％-0.20％，Ca的重量百分比为0.01％-0.20％；

第二种，称取设定量的Al-Sr中间合金和Al-Ca中间合金，预热至110-

200℃，加入铝合金熔炼炉，搅拌均匀，在720-760℃保温10-15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝合金中的Sr的重量百分比为0.02％-0.20％，Ca的重量百分比为0.005％-0.10％。

实施例二

本发明所述的铝硅合金变质剂，优选由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金89％，Al-Ca中间合金11％；

进一步地，所述的Al-Sr中间合金为工业Al-Sr中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr的重量百分比为5％，余量为铝；

进一步地，所述的Al-Ca中间合金为工业Al-Ca中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Ca的重量百分比为1％，余量为铝；

本发明所述的铝硅合金变质剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：熔化Al-Ca中间合金：将指定重量的Al-Ca中间合金加热至680℃，使其熔化，得到熔融态的Al-Ca中间合金；

S2：加入Al-Sr中间合金：将指定重量的Al-Sr中间合金加入熔融态的Al-Ca中间合金中，边添加边搅拌边加热，全部加入并熔化呈液态；

S3：均匀化：在温度750℃保温搅拌5min；

S4：将熔融态的变质剂浇注至模具内，冷却凝固后得到块状铝硅合金变质剂；

本发明所述的铝硅合金变质剂的使用方法有如下两种供选择：

第一种，将块状的铝硅合金变质剂预热至150℃，称取设定量，加入熔融态A390过共晶铝硅合金熔炼炉，搅拌均匀，在760℃保温10min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝合金中的Sr的重量百分比为0.045％，Ca的重量百分比为0.005％。

第二种，称取设定量的Al-Sr中间合金和Al-Ca中间合金，预热至150℃，加入熔融态A390过共晶铝硅合金熔炼炉，搅拌均匀，在760℃保温10min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝合金中的Sr的重量百分比为0.045％，Ca的重量百分比为0.005％。

实施例三

本发明所述的铝硅合金变质剂，优选由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金79％，Al-Ca中间合金21％；

进一步地，所述的Al-Sr中间合金为工业Al-Sr中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr的重量百分比为10％，余量为铝；

进一步地，所述的Al-Ca中间合金为工业Al-Ca中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Ca的重量百分比为5％，余量为铝；

本发明所述的铝硅合金变质剂的制备方法，包括如下步骤：

S3：均匀化：在温度725℃保温搅拌8min；

S4：将熔融态的变质剂通过金属拉丝工艺制成直径为5mm的丝状铝硅合金变质剂；

第一种，将丝状的铝硅合金变质剂预热至150℃，称取设定量，加入熔融态A336近共晶铝硅合金熔炼炉，搅拌均匀，在740℃保温12min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝合金中的Sr的重量百分比为0.1％，Ca的重量百分比为0.025％。

第二种，称取设定量的Al-Sr中间合金和Al-Ca中间合金，预热至150℃，加入熔融态A336近共晶铝硅合金熔炼炉，搅拌均匀，在740℃保温12min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝合金中的Sr的重量百分比为0.1％，Ca的重量百分比为0.025％。

实施例四

本发明所述的铝硅合金变质剂，优选由如下重量百分比的各组分制成：

Al-Sr中间合金69％，Al-Ca中间合金31％；

进一步地，所述的Al-Sr中间合金为工业Al-Sr中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr的重量百分比为20％，余量为铝；

进一步地，所述的Al-Ca中间合金为工业Al-Ca中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Ca的重量百分比为10％，余量为铝；

本发明所述的铝硅合金变质剂的制备方法，包括如下步骤：

S3：均匀化：在温度700℃保温搅拌10min；

S4：将熔融态的变质剂利用水雾化制粉工艺制成直径10mm的颗粒状铝硅合金变质剂；

第一种，将颗粒状的铝硅合金变质剂预热至150℃，称取设定量，加入熔融态A356亚共晶铝硅合金熔炼炉，搅拌均匀，在720℃保温15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝合金中的Sr的重量百分比为0.02％，Ca的重量百分比为0.01％。

第二种，称取设定量的Al-Sr中间合金和Al-Ca中间合金，预热至150℃，加入熔融态A356亚共晶铝硅合金熔炼炉，搅拌均匀，在720℃保温15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝合金中的Sr的重量百分比为0.02％，Ca的重量百分比为0.01％。

综上所述，本发明实施例制作的铝硅合金变质剂不含P，杜绝了P污染；且采用Al-Sr中间合金、Al-Ca中间合金的形式配制，不会引入新的杂质；

(2)Sr的烧损率降低。本发明的变质剂中，Sr和Ca的协同交互作用可以显著降低Sr烧损率，增加熔体内有效Sr的重量百分比，从而增强Sr的变质效果；

(3)多重变质，效果优异。本发明的变质剂可同时变质α-Al、共晶硅和初生硅，达到多重变质的目的。与单一Sr变质相比，α-Al、共晶硅和初生硅的尺寸更加细小，形貌更加趋向于颗粒状；

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种铝硅合金变质剂，其特征在于，由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金60-90%，Al-Ca中间合金10-40%，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr3-18%，Ca0.1-4.0%，余量为铝；

所述Al-Sr中间合金为工业Al-Sr中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Sr的重量百分比为5-20%，余量为铝；

所述Al-Ca中间合金为工业Al-Ca中间合金铸锭，包含如下重量百分比的各元素含量：Ca的重量百分比为1-10%，余量为铝。

2.根据权利要求1所述的铝硅合金变质剂，其特征在于，由如下重量百分比的各组分制成：Al-Sr中间合金89%，Al-Ca中间合金11%。

3.一种如权利要求1至2任一项所述的铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于，包括：

S1：将指定重量的Al-Ca中间合金加热至第一设定温度，使Al-Ca中间合金熔化，得到熔融态的Al-Ca中间合金，所述第一设定温度为600-700℃；

S3：对所述熔融态的铝硅合金变质剂在第二设定温度保温，并搅拌设定时间；第二设定温度为700-750℃，所述设定时间为5-10min；

4.一种如权利要求1至2任一项所述的铝硅合金变质剂的使用方法，其特征在于，包括：

将固态铝硅合金变质剂预热至110-200℃，称取设定量的加热后的铝硅合金变质剂加入到铝合金熔炼炉，搅拌均匀，在720-760℃保温10-15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝硅合金中Sr的重量百分比为0.02%-0.20%，Ca的重量百分比为0.01%-0.20%。

5.一种如权利要求1至2任一项所述的铝硅合金变质剂的使用方法，其特征在于，包括：

称取设定量的Al-Sr中间合金和Al-Ca中间合金，预热至110-200℃，加入铝合金熔炼炉，搅拌均匀，在720-760℃保温10-15min；所述的设定量是按照铝硅合金变质剂中的Sr和Ca含量和铝硅合金重量进行配料计算，使铝硅合金中Sr的重量百分比为0.02%-0.20%，Ca的重量百分比为0.005%-0.10%。