CN1936044A

CN1936044A - 一种亚共晶铸造铝硅合金用高效复合变质细化剂及处理工艺

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Publication number: CN1936044A
Application number: CN 200610054502
Authority: CN
Inventors: 杨明波; 潘复生; 汤爱涛; 胡红军; 代兵
Original assignee: Chongqing Institute of Technology
Current assignee: Chongqing Institute of Technology
Priority date: 2006-10-14
Filing date: 2006-10-14
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2026-10-14
Also published as: CN100460535C

Abstract

本发明提出一种用于亚共晶铝硅合金的高效复合变质细化剂及处理工艺，其成分范围为10～30％氯化钠，10～15％氯化钾，10～20％氟化钠，1～30％氟硼酸钾，1～20％的氟钛酸钾，1～20％碳酸锶，1～15％氟化铈，5～20％颗粒状富镧混合稀土，1～5％六氯乙烷。上述原料加热去除水份后混合均匀，即可封存待用。处理工艺是亚共晶铝硅合金在坩埚中熔化后升温到720～740℃扒渣；扒渣后静置3～5分钟，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的1～10％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后静置5～10分钟可得变质细化效果良好的亚共晶铝硅合金熔体。该复合变质细化剂将亚共晶铝硅合金的精炼处理、变质处理和细化处理合为一体，简化了亚共晶铝硅合金的熔体处理工艺，降低了成本，且经大量实验和生产实践证实，具有非常好的变质细化效果，改善了合金的性能。

Description

一种亚共晶铸造铝硅合金用高效复合变质细化剂及处理工艺

技术领域：

本发明涉及一种亚共晶铸造铝硅合金的变质细化技术。

技术背景：

亚共晶铝硅合金作为铸造铝硅合金材料的重要组成部分，因其具有优良的铸造性能和良好的力学性能与物理化学性能，目前已被广泛应用到航空航天、汽车及其它运载机械上。由于亚共晶铝硅合金的力学性能与合金组织中共晶硅的形态及尺寸密切相关，一般而言，合金组织中共晶硅的尺寸越小、形状越圆整，合金的力学性能越高。考虑到合金在未变质时，合金组织中的共晶硅主要以粗大针片状形态出现，严重割裂基体，从而导致合金的力学性能，尤其是韧性降低。而通过变质细化处理，则可改变合金共晶硅的形态及尺寸，从粗大的针片状变为细小的纤维状或层片状(铸态)，甚至粒状(热处理态)，从而使合金的力学性能得到大幅度提高。自19世纪20年代Pacz发现Na对亚共晶铝硅合金有变质作用以来，亚共晶铝硅合金变质细化处理研究一直是国内外关注的重点课题之一。而在亚共晶铝硅合金变质细化处理的众多研究内容里，变质细化剂研制及其处理工艺尤为关键，可以说是以往进行的亚共晶铝硅合金的变质细化处理研究均是以这一主题为基础展开的。

目前，国内外已报道研制开发出的亚共晶铝硅合金用变质剂或细化剂的种类较多，添加的化学元素主要有Na、Sr、Te、Sb、RE、Bi、Ba、B、Ti或这些元素的部分复合添加，元素提供的形式有盐类、中间合金或单质等。尽管这些已报道的变质剂或细化剂均具有各自的优势，但从报道的研究结果或实际应用情况看，仍然存在众多的问题：有的制作工艺复杂且不易保；有的处理工艺复杂、操作难度大；有的变质潜伏期长、吸气倾向严重、易产生偏析；有的价格昂贵、成本太高；有的变质或细化效果差，易出现变质衰退；有的仅对特定的合金具有变质或细化作用；有的功能单一，不同时具有变质和细化作用。也正是由于上述存在的问题，造成这些已研制出的变质剂或细化剂在亚共晶铝硅合金中的应用都受到了一定程度的限制。因此，开发研制亚共晶铝硅合金用高效复合变质细化剂对于扩大亚共晶铝硅合金的应用范围具有非常重要的理论意义和实际应用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有亚共晶铝硅合金用变质剂或细化剂的不足，提出一种用于亚共晶铝硅合金的高效复合变质细化剂，包括处理工艺，制得的复合变质细化剂具有精炼、变质和细化多重作用且效果良好、抗变质衰退能力强、制作成本低廉、处理工艺简单。

为实现上述目的，本发明在已有亚共晶铝硅合金用变质剂或细化剂取得的研究成果基础上，通过大量实验，并结合工业生产的实际应用，研制开发出了一种用于亚共晶铝硅合金的高效复合变质细化剂，其成分范围为(重量百分比)：103～30％氯化钠(NaCl)，10～15％氯化钾(KCl)，10～20％氟化钠(NaF)，1～30％氟硼酸钾(KBF₄)，1～20％的氟钛酸钾(K₂TiF₆)，1～20％碳酸锶(SrCO₃)，1～15％氟化铈(CeF)，5～20％颗粒状富镧混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中镧含量大于60％，颗粒尺寸不大于1毫米)，1～5％六氯乙烷(C₂Cl₆)。

本复合变质细化剂成分的重量百分比优选为20～30％氯化钠NaCl，10～15％氯化钾KCl，10～15％氟化钠NaF，20～30％氟硼酸钾KBF₄，10～20％的氟钛酸钾K₂TiF₆，5～15％碳酸锶SrCO₃，2～10％氟化铈CeF，2～5％六氯乙烷C₂Cl₆，5～10％颗粒状富镧混合稀土。

上述成分的重量百分比进一步的优选范围为20～25％氯化钠NaCl， 10～15％氯化钾KCl，10～15％氟化钠NaF，20～25％氟硼酸钾KBF₄，10～15％的氟钛酸钾K₂TiF₆，5～10％碳酸锶SrCO₃，4～6％氟化铈CeF，3～4％六氯乙烷C₂Cl₆，5～8％颗粒状富镧混合稀土。

该复合变质细化剂中各组份的作用为：氯化钠、氯化钾、氟化钠和SrCO₃主要起变质作用，其主要通过和亚共晶铝硅合金熔体反应置换出具有变质作用的Na、K和Sr等元素来实现；KBF₄和K₂TiF₆主要起细化作用，其主要通过和亚共晶铝硅合金熔体反应，生成可成为α-Al异质形核核心的B₂Al、TiAl₃和TiB₂等化合物来实现；氟化铈和富镧混合稀土除了起变质作用和细化作用外，还有精炼除气和除渣等作用。六氯乙烷主要起精炼除气和除渣作用，此外，其与铝合金熔液反应产生的气泡还可以对合金液起搅拌作用。

本发明提供的高效复合变质细化剂的生产方法为：将原材料首先在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按重量百分比称取原材料；在室温下将已按重量百分比称取的原材料置入小型碾砂机中机械混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待亚共晶铝硅合金变质细化处理时用。

本发明提供的高效复合变质细化剂的处理工艺为：亚共晶铝硅合金在坩埚中熔化后升温到720～740℃扒渣；扒渣后静置3～5分钟，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的1～10％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后静置5～10分钟可得变质细化效果良好的亚共晶铝硅合金熔体。

本发明提供的高效复合变质细化剂具有显著的优点，该复合变质细化剂将亚共晶铝硅合金的精炼处理、变质处理和细化处理合为一体，简化了亚共晶铝硅合金的熔体处理工艺，降低了成本，且经大量实验和生产实践证实，具有非常好的变质细化效果，改善了合金的性能。

具体实施方式：

以下通过五个具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1：

高效复合变质细化剂的成分(重量百分比)：20％氯化钠(NaCl)，12％氯化钾(KCl)，10％氟化钠(NaF)，25％氟硼酸钾(KBF₄)，15％的氟钛酸钾(K₂TiF₆)，5％碳酸锶(SrCO₃)，4％氟化铈(CeF)，5％颗粒状富镧混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中镧含量大于60％，颗粒尺寸不大于1毫米)，4％六氯乙烷(C₂Cl₆)。

高效复合变质细化剂的生产方法：首先分别将原材料在烘箱中加热到100～150℃去除水份，然后按重量百分比称取原材料；在室温下将已按重量百分比称取的原材料置入小型碾砂机中机械混合；将混合均匀的复合变质细化剂用压力机压成φ45×80mm的圆柱状，然后用铝箔封存，待亚共晶铝硅合金变质细化处理时用。

使用时，当亚共晶铝硅合金在坩埚中熔化后升温到720℃扒渣；扒渣后静置3～5分钟，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的4％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后扒渣，然后静置5～10分钟即可。用于ZL101(Al-7Si-0.3Mg)亚共晶铝硅合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，共晶硅被变质为变为细小的纤维状，晶粒平均尺寸为98um，金属型试样的室温抗拉强度为193MPa、延伸率为5.7％。

实施例2：

高效复合变质细化剂的成分(重量百分比)：25％氯化钠(NaCl)，10％氯化钾(KCl)，15％氟化钠(NaF)，20％氟硼酸钾(KBF₄)，10％的氟钛酸钾(K₂TiF₆)，7％碳酸锶(SrCO₃)，5％氟化铈(CeF)，5％颗粒状富镧混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中镧含量大于60％，颗粒尺寸不大于1毫米)，3％六氯乙烷(C₂Cl₆)。

使用时，当亚共晶铝硅合金在坩埚中熔化后升温到730℃扒渣；扒渣后静置3～5分钟，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的5％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后扒渣，然后静置5～10分钟即可。用于ZL101(Al-7Si-0.3Mg)亚共晶铝硅合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，共晶硅被变质为变为细小的纤维状，晶粒平均尺寸为94um，金属型试样的室温抗拉强度为196MPa、延伸率为6％。

实施例3：

高效复合变质细化剂的成分(重量百分比)：30％氯化钠(NaCl)，10％氯化钾(KCl)，15％氟化钠(NaF)，20％氟硼酸钾(KBF₄)，5％的氟钛酸钾(K₂TiF₆)，12％碳酸锶(SrCO₃)，2％氟化铈(CeF)，5％颗粒状富镧混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中镧含量大于60％，颗粒尺寸不大于1毫米)，1％六氯乙烷(C₂Cl₆)。

使用时，当亚共晶铝硅合金在坩埚中熔化后升温到740℃扒渣；扒渣后静置3～5分钟，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的3％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后扒渣，然后静置5～10分钟即可。用于ZL101(Al-7Si-0.3Mg)亚共晶铝硅合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，共晶硅被变质为变为细小的纤维状，晶粒平均尺寸为100um，金属型试样的室温抗拉强度为190MPa、延伸率为5.5％。

实施例4：

高效复合变质细化剂的成分(重量百分比)：20％氯化钠(NaCl)，20％氯化钾(KCl)，18％氟化钠(NaF)，13％氟硼酸钾(KBF₄)，10％的氟钛酸钾(K₂TiF₆)，8％碳酸锶(SrCO₃)，1％氟化铈(CeF)，7％颗粒状富镧混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中镧含量大于60％，颗粒尺寸不大于1毫米)，3％六氯乙烷(C₂Cl₆)。

使用时，当亚共晶铝硅合金在坩埚中熔化后升温到740℃扒渣；扒渣后静置3～5分钟，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的5％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后扒渣，然后静置5～10分钟即可。用于ZL105(Al-5Si-1.2Cu-0.5Mg)亚共晶铝硅合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，共晶硅被变质为变为细小的纤维状，晶粒平均尺寸为86um，金属型试样的室温抗拉强度为214MPa、延伸率为4％。

实施例5：

高效复合变质细化剂的成分(重量百分比)：25％氯化钠(NaCl)，15％氯化钾(KCl)，10％氟化钠(NaF)，10％氟硼酸钾(KBF₄)，15％的氟钛酸钾(K₂TiF₆)，6％碳酸锶(SrCO₃)，5％氟化铈(CeF)，10％颗粒状富镧混合稀土(稀土含量大于90％，稀土中镧含量大于60％，颗粒尺寸不大于1毫米)，4％六氯乙烷(C₂Cl₆)。

使用时，当亚共晶铝硅合金在坩埚中熔化后升温到740℃扒渣；扒渣后静置3～5分钟，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的7％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后扒渣，然后静置5～10分钟即可。用于ZL107(Al-7Si-4Cu)亚共晶铝硅合金，合金熔体中的夹杂物基本被去除，共晶硅被变质为变为细小的纤维状，晶粒平均尺寸为95um，金属型试样的室温抗拉强度为192MPa、延伸率为3％。

Claims

1、一种亚共晶铝硅合金用高效复合变质细化剂，其成分的重量百分比为：10～30％氯化钠NaCl，10～15％氯化钾KCl，10～20％氟化钠NaF，1～30％氟硼酸钾KBF₄，1～20％的氟钛酸钾K₂TiF₆，1～20％碳酸锶SrCO₃，1～15％氟化铈CeF，1～5％六氯乙烷C₂Cl₆，5～20％颗粒状富镧混合稀土；将上述原料加热去除水份后混合均匀，即可封存待用。

2、根据权利要求2所的亚共晶铝硅合金用高效复合变质细化剂，其特征在于：其成分的重量百分比为20～30％氯化钠NaCl，10～15％氯化钾KCl，10～15％氟化钠NaF，20～30％氟硼酸钾KBF₄，10～20％的氟钛酸钾K₂TiF₆，5～15％碳酸锶SrCO₃，2～10％氟化铈CeF，2～5％六氯乙烷C₂Cl₆，5～10％颗粒状富镧混合稀土。

3、根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金用高效复合变质细化剂，其特征在于：其成分的重量百分比为20～25％氯化钠NaCl，10～15％氯化钾KCl，10～15％氟化钠NaF，20～25％氟硼酸钾KBF₄，10～15％的氟钛酸钾K₂TiF₆，5～10％碳酸锶SrCO₃，4～6％氟化铈CeF，3～4％六氯乙烷C₂Cl₆，5～8％颗粒状富镧混合稀土。

4根据权利要求1、2或3所述的硅合金用高效复合变质细化剂，其特征在于：富镧混合稀土的稀土含量大于90％小于100％，并且稀土中的镧含量大于60％小于100％。

5、根据权利要求1、2或3所述的亚共晶铝硅合金用高效复合变质细化剂，其特征在于：原料的加热是在烘箱中加热到100～150℃。

6、根据权利要求1、2或3所述的亚共晶铝硅合金用高效复合变质细化剂，其特征在于：混合采用碾砂机进行机械混合。

7、用权利要求1、2或3所述的复合变质细化剂处理亚共晶铝硅合金的工艺，先将亚共晶铝硅合金熔化后升温720～740℃到后扒渣；扒渣后静置，然后在750～780℃间将预热后的占合金炉料重量的1～10％复合变质细化剂用钟罩迅速压入合金液中进行15～20分钟的精炼、变质和细化处理；处理完毕后静置，即得变质细化的亚共晶铝硅合金熔体。