CN109778019A - 一种过共晶铝硅合金复合变质剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种过共晶铝硅合金复合变质剂及其制备方法，属于合金材料制备技术领域。本发明所述中间合金复合变质剂中各元素质量百分比为：磷P：8%～10%，锶Sr：8%～10%，稀土Re：3%～5%，铋Bi：1%～3%，硼B：3%～5%，钛Ti：3%～5%，其余为铝；制备方法为：通过球磨将Al‑P粉、Al‑Sr粉、Al‑Re粉、Al‑Bi粉、Al‑Ti‑B粉混合均匀得到前驱复合粉体；将得到的复合粉体放入冷压模具中缓慢加压得到的Al‑P‑Re‑Sr‑Bi‑B‑Ti块体，然后放入管式炉中进行烧结，得到高效且性能优良的中间合金复合变质剂；该合金变质剂熔点低、变质效果好、同时可细化基体组织、并改善熔体流动性、无污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种过共晶铝硅合金复合变质剂及其制备方法，属于合金材料制备技术领域。
背景技术
过共晶铝硅合金具有密度小、耐磨性好、线膨胀系数小、优良的耐热性等优点，因而被广泛的应用于军工、航天等领域。但对于目前使得过共晶铝硅合金难以广泛应用的主要原因包括：脆性大、切削加工性差、熔体流动性差、缺陷较多、成形性达不到要求等。对于过共晶铝硅合金，其组成包括粗大不规则形态的初晶硅，以及针片状的共晶硅，和粗大树枝状的α-铝相，由于硅相和α-铝相的细化问题未能解决，使得合金基体被硅相所割裂，进而造成合金力学性能严重下降，同时由于铝硅合金熔体流动性差，使得在熔炼过程中难以除气除渣，并且浇注后难以充型，最终造成得到的合金内部缺陷较多，凝固后的形状尺寸达不到要求，且表面光洁度差。
对于目前过共晶铝硅合金的变质处理技术，通常采用铝磷合金细化初晶硅，再加入铝锶合金变质共晶硅，后加入铝硼钛合金细化基体α-铝，对于更高要求的还会额外加入铝稀土合金，对于高硅含量的过共晶铝硅合金为改善流动性还会额外加入铋，造成变质工艺繁琐，费时费力，生产效率严重降低。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种过共晶铝硅合金复合变质剂，该复合变质剂熔点低、变质效果好、同时可有效细化基体组织、并改善熔体流动性、无污染；所述变质剂中各组分及其质量百分比为：磷P：8%～10%，锶Sr：8%～10%，稀土Re：3%～5%，铋Bi：1%～3%，硼B：3%～5%，钛Ti：3%～5%，其余为铝Al。
本发明的另一目的在于提供所述过共晶铝硅合金复合变质剂的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）称取Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉，通过高能球磨将其混合均匀得到Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti前驱复合粉体，混合粉末中Al-P粉质量百分比为20%～40%，Al-Sr粉质量百分比为20%～40%，Al-Re粉质量百分比为10%～20%，Al-Bi粉质量百分比为10%～20%，Al-Ti-B粉质量百分比为10%～20%。
（2）将得到的Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti前驱复合粉体放入冷压模具中缓慢加压得到致密块体。
（3）在保护气氛下，将压制好的Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti致密块体放入管式炉中烧结，随炉冷却至室温，得到中间合金复合变质剂。
优选的，本发明所述Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉的粒度均为200目。
优选的，本发明所述步骤（1）中加压的条件为：缓慢加压至380MPa～450MPa，保压10min～20min。
优选的，本发明所述步骤（3）中烧结条件为：烧结温度为500℃～600℃，烧结时间为30min～1h。
本发明的有益效果：
本发明的过共晶铝硅合金复合变质剂在制备和使用过程中无任何污染，变质效果好，将得到的复合变质剂加入A390铝合金后，经变质处理后的A390过共晶铝硅合金中初晶硅、共晶硅以及基体的α-铝均同时得到了细化，其中初晶硅尺寸减小至25μm～35μm，其形态也由原来的粗大不规则形态转变为接近球状或珊瑚状；共晶硅尺寸也减小至8μm～15μm，其形态也由原始的粗大针片状转变为短杆状，基体α-铝也减小至60μm～70μm，其形态也由原始的粗大树枝晶转变为接近等轴晶形态；显著简化了变质工艺；同时铋的加入显著改善了熔体的流动性，这使得工艺在简化的同时还提高了熔体的充型能力，进一步提升了生产效率；此外稀土的加入不但具有细化硅相的作用，同时还具有除气除渣的作用；浇注后的合金表面光洁度也显著提高。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
（1）称取200目的Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉，将其均匀混合，混粉中Al-P粉质量百分比为40%，Al-Sr粉质量百分比为30%，Al-Re粉质量百分比为10%，Al-Bi粉质量百分比为10%，Al-Ti-B粉质量百分比为10%。
（2）将混合粉末于普通球磨机中球磨5小时。
（3）将得到的Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti前驱复合粉体放入冷压模具中缓慢加压至400MPa，保压15分钟，得到致密块体。
（4）将压制好的Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti致密块体放入管式炉中烧结，烧结温度为600℃，烧结时间为1h，在高纯氩的保护环境下随炉冷却至室温，得到多重性能的铝硅合金复合变质剂。按照上述配比得到的铝－磷－稀土－锶－铋－硼－钛中间合金复合变质剂，其中各元素的质量百分比为：磷P：10%，锶Sr：9%，稀土Re：3%，铋Bi：1%，硼B：3%，钛Ti：3%，其余为铝Al。
将得到的复合变质剂加入到A390铝合金中，A390过共晶铝硅合金经变质处理后其中的初晶硅尺寸减小至33μm左右，形态由原来的粗大不规则形态转变为接近球状或珊瑚状；共晶硅尺寸也减小至12μm左右，其形态也由原始的粗大针片状转变为短杆状，基体α-铝也减小至65μm左右，其形态也由原始的粗大树枝晶转变为接近等轴晶形态；同时合金熔体的充型能力也显著改善，生产出的合金光洁度也显著提高。
实施例2
称取200目的Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉，将其均匀混合，混粉中Al-P粉质量百分比为30%，Al-Sr粉质量百分比为20%，Al-Re粉质量百分比为20%，Al-Bi粉质量百分比为15%，Al-Ti-B粉质量百分比为15%。按照方案1所述方法制备该复合变质剂。
按照上述配比得到的铝－磷－稀土－锶－铋－硼－钛中间合金复合变质剂，其中各元素的质量百分比为：磷P：9%，锶Sr：8%，稀土Re：5%，铋Bi：2%，硼B：4%，钛Ti：4%，其余为铝Al。
变质效果与实施例1相近。
实施例3
称取200目的Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉，将其均匀混合，混粉中Al-P粉质量百分比为20%，Al-Sr粉质量百分比为40%，Al-Re粉质量百分比为15%，Al-Bi粉质量百分比为15%，Al-Ti-B粉质量百分比为10%。按照方案1所述方法制备该复合变质剂。
按照上述配比得到的铝－磷－稀土－锶－铋－硼－钛中间合金复合变质剂，其中各元素的质量百分比为：磷P：8%，锶Sr：10%，稀土Re：4%，铋Bi：2%，硼B：3%，钛Ti：3%，其余为铝Al。
变质效果与实施例1相近。
实施例4
称取200目的Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉，将其均匀混合，混粉中Al-P粉质量百分比为20%，Al-Sr粉质量百分比为20%，Al-Re粉质量百分比为20%，Al-Bi粉质量百分比为20%，Al-Ti-B粉质量百分比为20%。按照方案1所述方法制备该复合变质剂。
按照上述配比得到的铝－磷－稀土－锶－铋－硼－钛中间合金复合变质剂，其中各元素的质量百分比为：磷P：8%，锶Sr：8%，稀土Re：5%，铋Bi：3%，硼B：5%，钛Ti：5%，其余为铝Al。
变质效果与实施例1相近。
Claims (5)
1.一种过共晶铝硅合金复合变质剂，其特征在于：所述变质剂中各组分及其质量百分比为：磷P：8%～10%，锶Sr：8%～10%，稀土Re：3%～5%，铋Bi：1%～3%，硼B：3%～5%，钛Ti：3%～5%，其余为铝Al。
2.权利要求1所述过共晶铝硅合金复合变质剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）称取Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉，通过高能球磨将其混合均匀得到Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti前驱复合粉体，混合粉末中Al-P粉质量百分比为20%～40%，Al-Sr粉质量百分比为20%～40%，Al-Re粉质量百分比为10%～20%，Al-Bi粉质量百分比为10%～20%，Al-Ti-B粉质量百分比为10%～20%；
（2）将得到的Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti前驱复合粉体放入冷压模具中加压得到致密块体；
（3）在保护气氛下，将压制好的Al-P-Re-Sr-Bi-B-Ti致密块体放入管式炉中烧结，随炉冷却至室温，得到中间合金复合变质剂。
3.根据权利要求2所述所述过共晶铝硅合金复合变质剂的制备方法，其特征在于：Al-P粉、Al-Sr粉、Al-Re粉、Al-Bi粉、Al-Ti-B粉的粒度均为200目。
4.根据权利要求2所述所述过共晶铝硅合金复合变质剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中加压的条件为：加压至380MPa～450MPa，保压10min～20min。
5.根据权利要求2所述所述过共晶铝硅合金复合变质剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中烧结条件为：烧结温度为500℃～600℃，烧结时间为30min～1h。
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| GR01 | Patent grant | ||
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