CN114873607B - 一种sapo分子筛的新用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属处理技术领域，涉及一种SAPO分子筛的新用途，以SAPO分子筛为变质剂，对铝硅合金的初晶硅、共晶硅和亚共晶硅进行变质处理，具有操作安全、简便；环境友好等特点；初晶硅细化达到30微米以下，形貌以多边形颗粒为主，共晶硅形貌为棒状或短杆状；变质细化后的铝硅合金件力学性能和加工性能好，铝硅合金制品的耐高温、耐磨性高，尺寸稳定性均得到提高。
Description
技术领域
本发明属于金属处理技术领域，尤其涉及一种SAPO分子筛的新用途。
背景技术
作为一种重要的工业合金材料，Al-Si合金广泛应用于交通、建筑、汽车等行业。硅含量较低时，亚共晶型铝硅合金的延展性较好，常用来做变形合金；硅含量较高时，共晶型铝硅合金熔体的流动性较好，多用于制造低中强度的形状复杂的铸件，如盖板、电机壳、托架等，也用作钎焊焊料。含硅量超过Al-Si共晶点(硅含量为12.6wt.％)的过共晶铝硅合金中，如适合铸造工艺生产的材料(硅含量14.5％～25wt.％及一定量的Ni，Cu，Mg等元素)，具有良好的综合使用性能和密度小、热稳定性好、耐磨性高等优点，常用于制造汽车发动机缸体和活塞，代替铸铁而实现减重、节能降耗之目的。
但未经变质处理的铝硅合金组织中常存在形状为板状或针状的粗大初晶硅和共晶硅，这些硬脆的硅相严重降低了合金的力学性能及耐磨性和切削加工性能。因此，变质细化初晶硅和共晶硅成为制备高性能铝硅合金的关键。目前利用变质剂处理方法变质细化硅相因基本上不改变传统的生产工艺且生产规模不受限制，而获得了最为广阔的应用。
变质就是向金属液体中加入变质剂(孕育剂、细化剂或形核剂)，在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发形核核心或抑制物相增长，从而获得细小的合金组织，达到提高材料性能的目的。变质后理想的铝硅合金组织应该是在基体上均匀地分布着一定数量的细小颗粒状的初晶硅相和短棒状、近球状的共晶硅相，从而充分发挥初晶硅相和共晶硅相的增强、耐磨等作用。
目前常用含有或与铝反应生成AlP化合物的材料做初晶硅的变质剂。由于AlP的熔点高于1000℃，与初晶硅的晶格类型相同(面心立方晶格)，晶格常数比较相近(AlP为Si为/>)，符合初晶硅异质形核的条件，可以达到细化初晶硅之目的。但由于制备相应变质剂时采用磷或磷盐等物质且工艺过程都对人体和环境造成一定方面影响，所以，研发更优异的初晶硅变质剂或找到更环保的磷源物质不仅非常必要，还具有重要的经济价值和社会价值。
能对共晶硅起到变质作用的元素主要有：Na、Sr、Ba、Bi、Sb和稀土元素等，其中变质作用最为显著、在生产上应用最广泛的是Na和Sr变质。然而，Na或Sr被氧化，或与水作用而导致变质作用消失。Na的变质有效时间只有30～60min，Sr为6～7h；此外，Sr的价格较贵，且Sr变质会使合金增加吸气，还会与AlP发生反应，所以目前的共晶硅变质剂仍达不到理想要求。
最新的研究表明氧化铝特别是原位自生的微纳米氧化铝颗粒可以作为潜在的异质形核点，一则Al2O3和Si具有约3％的小晶格失配度；再者利用SiO2、TiO2和CuO等物质与铝原位反应生成的Al2O3粒子与铝合金基体润湿性良好，而且原位生成的Al2O3粒子较外加的Al2O3在铝合金熔体中分散性好，从而提高了硅的成核数量和效率。SAPO分子筛由Si、Al、P、O等4种元素组成的微孔骨架结构分子筛，是在磷酸铝分子筛合成中引入杂原子Si占据骨架中的Al或(和)P位置而形成的新型分子筛，向磷酸铝分子筛中引入金属和非金属杂原子，丰富了其骨架组成，扩展了磷酸铝分子筛在催化、吸附、磁学、电学、光学等方面的应用。迄今为止，将SAPO或其他磷酸铝分子筛用来做铝合金细化剂的研究尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种SAPO分子筛的新用途，用于对铝硅合金的初晶硅和共晶硅进行变质处理。
为实现上述目的，本发明所述SAPO分子筛的新用途是以SAPO分子筛为变质剂，对铝硅合金的初晶硅和共晶硅进行变质处理，起到细化和改变形貌的作用。
进一步的，所述SAPO分子筛作为变质剂的方式为：(1)将SAPO分子筛直接作为变质剂；(2)与其它变质剂一起对过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅进行复合变质。
进一步的，所述SAPO分子筛为SAPO分子筛单体或含有SAPO分子筛的物质。
本发明所述SAPO分子筛作为变质剂的工作原理为：SAPO分子筛颗粒自身或经一定预处理后的SAPO分子筛，在铝及其合金熔体中自身，或发生系列变化的SAPO分子筛或与铝及其合金熔体中的铝、硅等元素发生反应生成AlP和Al2O3或其他物质，单独或共同起到变质作用，是一种新型的初晶硅和共晶硅变质剂，合理控制其制备和变质工艺将利于发挥SAPO分子筛细化初晶硅和共晶硅，改变初晶硅和共晶硅形貌变质效果。
本发明与现有技术相比，以化学成分和结构稳定的SAPO分子筛为铝硅合金中初晶硅和共晶硅的变质剂，具有操作安全、简便、环保的优点；初晶硅可细化达到30微米以下，形貌以多边形颗粒为主；共晶硅形貌为棒状或短杆状，变质细化后的初晶硅和共晶硅形貌更符合加工和使用要求，铝合金成品率高，而且铝硅合金件力学性能和加工性能好，铝硅合金制品的耐高温、耐磨性高，尺寸稳定性均得到提高。
附图说明
图1为本发明实施例1未经变质处理的过共晶铝合金微观组织照片。
图2为本发明实施例1变质处理后的Al-25Si合金微观组织照片。
图3为本发明实施例2变质处理后的Al-18Si合金微观组织照片。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明的进一步详细描述。
实施例1：
本实施例将Al-25Si wt.％合金熔化成液体，在熔炼炉中过热到850℃，保温30分钟，扒去浮渣。将纯度>99.9％，平均粒度为200纳米的SAPO分子筛粉末按重量比0.2％加到熔体中，搅拌1min；静置变质10min后，将熔体温度降至780℃，保温10min，最后将熔体浇铸到预热至250℃的钢模中。
本实施例所述Al-25Si wt.％合金经SAPO分子筛变质处理后，过共晶铝硅合金中的初晶硅得到了显著的细化，图1和图2分别是未变质和SAPO分子筛变质处理的过共晶铝硅合金(Si含量为25wt.％)的金相组织，由图1和图2可以看出，未变质的合金中初晶硅尺寸大于100um，共晶硅多为长针状；变质后过共晶铝硅合金中的初晶硅平均尺寸小于30um，主要以多边形颗粒状存在；共晶硅多为短棒状和近球状。
实施例2：
本实施例将Al-18Si wt.％合金熔化成液体，在熔炼炉中过热到820℃，保温30分钟，扒去浮渣。将纯度>99.9％，平均粒度为500纳米的SAPO分子筛粉末按重量比0.2％加到熔体中，搅拌1min；静置变质10min后，将熔体温度降至780℃，保温10min，最后将熔体浇铸到预热至250℃的钢模中。
本实施例所述Al-18Si wt.％合金经SAPO分子筛变质处理后，过共晶铝硅合金中的初晶硅得到了显著的细化，图3是SAPO分子筛变质处理的过共晶铝硅合金(Si含量为18wt.％)的金相组织，过共晶铝硅合金中的初晶硅平均尺寸小于30um，主要以多边形颗粒状存在；共晶硅多为短棒状。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种SAPO分子筛的新用途，其特征在于，以SAPO分子筛为变质剂，对铝硅合金的初晶硅、共晶硅和亚共晶硅进行变质处理，起到细化和改变形貌的作用，具体过程为：将Al-25Siwt.％合金熔化成液体，在熔炼炉中过热到850℃，保温30分钟，扒去浮渣；将纯度>99.9％，平均粒度为200纳米的SAPO分子筛粉末按重量比0.2％加到熔体中，搅拌1min；静置变质10min后，将熔体温度降至780℃，保温10min，最后将熔体浇铸到预热至250℃的钢模中，变质后过共晶铝硅合金中的初晶硅平均尺寸小于30um，以多边形颗粒状存在，共晶硅多为短棒状和近球状。
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| CN114873607A (zh) | 2022-08-09 |
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