CN102560221A

CN102560221A - 一种过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102560221A
Application number: CN2011103721484A
Authority: CN
Inventors: 肖阳; 张道; 王松森; 朱君罡
Original assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Current assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法，涉及一种用于细化过共晶铝硅合金的新型变质剂及其制备方法。其特征在于其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为：Al：10%~50%、P：1%~10%、Cu：20%~50%、Fe：＜0.5%、Re：＜0.5%、其他＜0.5%；其制备过程的步骤依次包括：（1）制备Al-Cu-P复合粉末；（2）将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型；（3）将成型的Al-Cu-P进行烧结，制成过共晶铝硅合金变质剂。本发明所制备的变质剂，变质温度低，变质时间短，可以实现在线变质，添加量少，并且加入时无烟气产生，磷吸收率高，污染性气体少，生产工艺简单，经济效益明显，是一种绿色、无污染、高效、稳定，成本低廉的新型过共晶铝硅合金变质剂。

Description

一种过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法

技术领域

一种过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法，涉及一种用于细化过共晶铝硅合金的新型变质剂及其制备方法。

背景技术

过共晶型铝硅合金含硅量高达17%~26%，是一种复合良好的自生硅颗粒增强基复合材料，因其合金密度小，线膨胀系数低，抗磨性好，体积稳定性高及铸造性能好等诸多优点，在工业上得到越来越广阔的发展。特别是随着大功率高压内燃机的出现，过共晶铝硅合金成为大家关注的焦点。由于过共晶铝硅合金中初生硅容易呈粗大的板块状和五瓣星状，恶化了合金的性能，因此细化初生硅成为改善合金力学性能的重要途径。

目前国内外大多采用含磷类变质剂来细化初晶硅，最早采用的是赤磷。虽然细化效果比较明显，但是由于磷的燃点低，不便于运输，且在高温时反应剧烈，吸收率低，反应过程中发出大量的有毒气体，污染环境，因此赤磷逐渐被淘汰。随后出现了一种含磷的中间合金，比如含Cu的活塞合金中就采用Cu-P变质剂。这种中间合金优点是方便运输，污染少，变质效果明显，但是由于其变质温度比较高，难熔，易产生偏析，且制备需要能耗大，增加了Cu等元素，限制了一些合金的使用。于是，一些厂家开始用含磷的化合物来变质初晶硅，如P₂O₅+AlPO₄、氟钛酸钾、氯化钠等的化合物，这些化合物虽然变质效果良好，但是变质过程中产生很多渣和烟气，污染环境，且变质不稳定，不利于工业生产。近年来，国内一些专家研制出AlP合金，如山东大学刘相法（专利批准号CN1410565）研制出《一种铝磷中间合金及其制备方法》，这种物质变质效果好，添加量小，稳定且污染小，但是由于其制备过程复杂，价格昂贵，且有剧毒，存在很大的安全问题，因此其应用也受到很大程度的限制。

发明内容

本发明目的在于克服上述已有技术存在的不足，提供一种绿色、无污染、高效、稳定，成本低廉的过共晶铝硅合金变质剂及其制备方法。

一种过共晶铝硅合金变质剂，其特征在于其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为：Al ：10%~50%、P ：1%~10%、Cu ：20%~50%、Fe：＜0.5%、Re：＜0. 5%、其他＜0.5%。

本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤依次包括：

（1）制备Al-Cu-P复合粉末，

（2）将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型；

（3）将成型的Al-Cu-P进行烧结，制成过共晶铝硅合金变质剂。

本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤（1）制备Al-Cu-P复合粉末过程是将100～300目的Al粉、Cu粉和P粉或CuP粉，按过共晶铝硅合金变质剂比例加入球磨罐，按球料比为5～20:1的比例加入不锈钢球，然后通入氩气保护气氛，在行星式球磨机上球磨，球磨转速为60～150r/min，每30min换向一次，球磨时间为1~4h；待冷却后用筛网筛好后在真空环境下保存。

本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤（2）将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型过程是将制备好的Al-Cu-P粉末放入模具中缓慢加压至50~100KN，保压5~10min后，脱模后密封保存。

本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤（3）将成型的Al-Cu-P进行烧结过程是将压制好的Al-Cu-P块放入真空烧结炉中烧结，烧结温度为400～550℃，烧结时间为1～3h，在真空下随炉冷却至室温。

本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂，采用机械合金化和粉末烧结的形式，使之形成AlP这种物质，由于AlP粒子和Si都是金刚石型晶体结构，且晶格常数相近，因此凝固时AlP可以作为异质核心，从而细化初晶硅，使初晶硅有原来的100μm细化到25μm左右。

本发明的一种过共晶铝硅合金变质剂，添加量少，变质时间短，变质温度低，可以实现在线变质，并且加入时无烟气和渣产生，磷吸收率高，这样降低了生产成本，减少了环境污染，简化了生产工艺，改善了工作环境，是一种真正绿色、环保、高效的新型变质剂。具有良好的经济效益，以及良好的推广价值和应用前景。

附图说明

图1是含硅为17.1%的过共晶铝硅合金没有通过变质处理，780℃下金属模具浇注，铸态组织金相照片。

图2是含硅为17.1%的过共晶铝硅合金在800℃加入工厂用普通铜磷变质剂，变质30min，780℃下金属模具浇注，铸态组织金相照片。

图3是含硅为17.1%的过共晶铝硅合金在780℃下加入本发明所制备的变质剂，变质

30min，780℃金属模具浇注，铸态组织金相照片。

具体实施方式

一种过共晶铝硅合金变质剂，其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为：Al ：10%~50%、P ：1%~10%、Cu ：20%~50%、Fe：＜0.5%、Re：＜0. 5%、其他＜0.5%。其制备步骤对粉末球磨或机械合金化、压制、烧结；其特征在于将100～300目的Al粉和Cu粉、P粉(或CuP粉)在保护气氛下，按球料比为5～20:1的比例加入不锈钢球，在60～150r/min转速下通过球磨机进行球磨，使之充分机械合金化。采用粉末冶金的方法，在50~100KN下通过模具压制和真空炉烧结的方式使之能够生成AlP粒子从而变质过共晶铝硅合金。

实施例1

（1）将200目左右的Al粉和CuP粉（含12%磷）按1:1的比例添加入球磨罐，然后加入不锈钢球，其中球料比按10:1的比例添加，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0.5L/min排净空气后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为70r/min，每隔30min换向一次，球磨时间3h，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。

（2）将模具涂好脱模剂后，风干，将球磨好的粉末置于直径Φ30mm的金属圆筒模具中，预压充分后，加压至80KN，在80KN压力下保压5min，换向同样在80KN压力下进行双面压制，缓慢卸掉压力，退模，取出压制好的块，用真空袋包装好防止氧化。

（3）将压制好的Al-Cu-P压块置于真空烧结炉中，抽真空度为0.09KPa，分阶段升温至500℃，保温1h，然后在真空下随炉冷却至室温，得到所需Al-Cu-P变质剂。

实施例2

（1）将50%的Al粉、40%Cu粉和10%的P粉添加入球磨罐，其粒度均为300目左右，然后按20:1的球料比添加钢球，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0.5L/min大约3min后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为90r/min，每隔30min换向一次，球磨时间3h，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。

（2）涂好脱模剂后，风干，将球磨好的粉末置于直径Φ30mm的金属圆筒模具中，预压充分后，加压至70KN，在70KN压力下保压8min，换向同样在70KN压力下进行双面压制，缓慢卸掉压力，退模，取出压制好的块，用真空袋包装好防止氧化。

（3）将压制好的Al-Cu-P压块置于真空烧结炉中，关好炉门，充入惰性气体，分阶段升温至500℃，保温1h，然后在真空下随炉冷却至室温，得到所需Al-Cu-P变质剂。

实施例3

（1）将40%的Al粉和60%CuP粉（含8%磷）添加入球磨罐，其粒度为200目左右，然后加入不锈钢球，按10:1的球料比添加钢球，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0.5L/min大约3min后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为100r/min，每隔30min换向一次，球磨时间2h，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。

（3）将压制好的Al-Cu-P压块置于真空烧结炉中，关好炉门，抽真空至真空度表为0.09KPa，分阶段升温至500℃，保温1h，然后在真空下随炉冷却至室温，得到所需Al-Cu-P变质剂。

实施例4

（1）将30%的Al粉和70%CuP粉（含10%磷）添加入球磨罐，其粒度为100目左右，然后加入不锈钢球，其中球料比按5:1的比例添加，将真空球磨罐进气口通入氩气，流速为0.5L/min排净空气后，拧紧出气口，再通入2min，此时拧紧进气口。置于行星式球磨机上，转速为120r/min，每隔30min换向一次，球磨时间2h，待冷却后打开球磨罐，用筛网筛好，用真空袋包装好。

（2）涂好脱模剂后，风干，将球磨好的粉末置于直径Φ30的金属圆筒模具中，预压充分后，加压至65KN，在65KN压力下保压10min，换向同样在65KN压力下进行双面压制，缓慢卸掉压力，退模，取出压制好的块，用真空袋包装好防止氧化。

Claims

1.一种过共晶铝硅合金变质剂，其特征在于其过共晶铝硅合金变质剂的质量百分比为：Al ：10%~50%、P ：1%~10%、Cu ：20%~50%、Fe：＜0.5%、Re：＜0. 5%、其他＜0.5%。

2.根据权利要求1所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于其制备过程的步骤依次包括：

（1）制备Al-Cu-P复合粉末，

（2）将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型；

3.根据权利要求2所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤（1）制备Al-Cu-P复合粉末过程是将100～300目的Al粉、Cu粉和P粉或CuP粉，按过共晶铝硅合金变质剂比例加入球磨罐，按球料比为5～20:1的比例加入不锈钢球，然后通入氩气保护气氛，在行星式球磨机上球磨，球磨转速为60～150r/min，每30min换向一次，球磨时间为1~4h；待冷却后用筛网筛好后在真空环境下保存。

4.根据权利要求2所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤（2）将Al-Cu-P复合粉末模具中压制成型过程是将制备好的Al-Cu-P粉末放入模具中缓慢加压至50~100KN，保压5~10min后，脱模后密封保存。

5.根据权利要求2所述的一种过共晶铝硅合金变质剂的制备方法，其特征在于所述的步骤（3）将成型的Al-Cu-P进行烧结过程是将压制好的Al-Cu-P块放入真空烧结炉中烧结，烧结温度为400～550℃，烧结时间为1～3h，在真空下随炉冷却至室温。